Orientador: José Roberto Sanches Mantovani / Co-orientador: Javier Contreras Sanz / Banca: Antonio Padilha Feltrin / Banca: Edison Righeto / Banca: Fabricio Carlos Pinheiro de Oliveira / Banca: Aurélio Ribeiro Leite de Oliveira / Resumo: Neste trabalho, o problema de planejamento ótimo de reativos é formulado e resolvido como um problema de otimização convexo multi-período estocástico de dois estágios para sistemas elé- tricos de potência multi-área. O modelo clássico de planejamento de reativos não linear inteiro misto é reformulado como um modelo cônico convexo inteiro misto multi-período conside- rando os taps dos transformadores com controle de taps como variáveis inteiras. No contexto dos sistemas multi-área, o problema é resolvido de forma descentralizada através de relaxação lagrangiana, dividindo o problema multi-área em subproblemas associados a cada área. Os operadores dos sistemas de transmissão de cada área resolvem os seus subproblemas de forma coordenada com as áreas adjacentes mantendo a confidencialidade dos dados dos seus sistemas, trocando apenas informações das barras de fronteiras. Na formulação estocástica, a demanda em cada área é considerada como parâmetro aleatório através de uma função de distribuição Normal, e os cenários são gerados para cada período através da técnica de amostragem Latin Hypercube. A quantificação da presença das incertezas no sistema elétrico é realizada atra- vés do cálculo dos valores característicos dos parâmetros incertos. Além disso, o problema de planejamento de reativos estocástico é formulado também como um problema de programação multiobjetivo que otimiza a função de custos totais de expansão e a função de risco de corte de carga que é modelada através do regret, considerando limites nos investimentos relacionados com os custos fixos de alocação de novas fontes. A metodologia baseada na restrição- ε é uti- lizada para a solução do problema multiobjetivo. Finalmente o trabalho proposto é analisado e avaliado através de testes e simulações usando o sistema de potência real Sul Sudeste Brasileiro e o sistema de ... / Abstract: In this work, the reactive power planning problem is modeled and solved as a two stage sto- chastic multi-period convex optimization problem in multi-area power systems. The classical mixed integer reative power planning model is reformulated as a multi-period conic convex mi- xed integer model considering the taps of transformers as integer variables. In the multi-area power system context the problem is decentralized by lagrangian relaxation, decomposing the multi-area problem in subproblems associated with each area. The transmission system opera- tors in each area solve their subproblems in coordination with adjacent areas while maintaining the confidentiality of their power system data, only exchanging boundary buses information. In the stochastic formulation, demand uncertainty in each area is considered by a Normal distribu- tion function, and the scenario generation in each period is made through the efficient technique Latin Hypercube sampling. The uncertainty presence at the problem is analyzed by computing the values that quantify the importance of that parameters. Moreover, the stochastic reactive power planning problem is formulated as a multiobjective mathematical programming problem optimizing the expansion costs function and load shedding risk function that is modeled by regret, considering the fix cost budget limit. A ε -constraint methodology is used to solve the multiobjective mathematical programming problem. Finally the obtained solutions from propo- sed problem are analyzed using the real equivalent South and Southeast Brazilian power system and the IEEE-118 test power system / Doutor

Orientador: Rubén Augusto Romero Lázaro / Banca: José Roberto Sanches Mantovani / Banca: Jozue Vieira Filho / Banca: Luis Gustavo Wesz da Silva / Banca: Ruy de Oliveira / Resumo: Esta tese apresenta um modelo matemático de programação linear inteira mista (PLIM) para o problema de alocação ótima de modems PLC em uma rede de distribuição elétrica de baixa tensão. O uso de um modem PLC pode provir aos consumidores acesso a dados externos, utilizando a infraestrutura da rede elétrica existente de baixa tensão. O uso de um modelo de PLIM garante a convergência ao ótimo, utilizando um software de otimização existente. O modelo proposto considera como principal restrição de operação a relação sinal/ruído (SNR) entre modems PLC. Uma matriz SNR é gerada através de um modelo de linha de transmissão baseado no circuito de duas portas (Quadripolo). Os resultados apresentados utilizam um sistema fictício com 7 postes e três sistemas reais com 13, 17 e 24 postes para testar a eficiência e precisão da metodologia proposta / Abstract: This thesis presents a mathematical model of mixed integer linear programming (MILP) to the optimal allocation problem of PLC modems in a low voltage electrical network distribution. Modem PLC can provide to the subscribers the access to external data using the existing infrastructure of low-voltage grid. Using a MILP model ensures the optimum convergence using existing optimization software. The proposed model considers as the main constraint of operation the signal noise ratio (SNR) between modems PLC. Matrix SNR is generated through a model of transmission line based on circuit of two ports (Quadrupole). The results presented using an unreal system with 7 poles and three real systems with 13, 17 and 24 poles to test the efficiency and precision of the proposed methodology / Doutor

Orientador: Marcos Julio Rider Flores / Banca: Antonio Padilha Feltrin / Banca: Walmir de Freitas Filho / Resumo: O problema da alocação ótima das chaves de interconexões nos sistemas de distribuição de média tensão é um problema do planejamento da operação dos sistemas de energia elétrica, de natureza combinatória e sujeito a restrições técnicas e operacionais que derivam em modelos complexos, não-lineares, não determinísticos e, em muitos casos, não analíticos e difíceis de representar matematicamente. Portanto, a melhor opção para obter soluções de boa qualidade em tempo razoável são as técnicas heurísticas modernas. Este trabalho apresenta uma metodologia baseada na formulação de modelos matemáticos convexos e resolvida utilizando o algoritmo de busca inteligente GRASP, para gerar soluções de boa qualidade ao problema da alocação ótima das chaves de interconexões. As chaves alocadas pela metodologia fornecem um esquema de restauração eficiente que, em caso de uma falta permanente, possa isolar a zona afetada pela falta e restaurar o serviço elétrico da maior quantidade possível de usuários. Por outro lado, as chaves instaladas pela metodologia proposta, também são aproveitadas para otimizar o ponto de operação em estado estacionário do sistema e os índices de confiabilidade experimentados pelos usuários, ou seja, reduzir as perdas de potência ativa e melhorar probabilísticamente os índices de continuidade da duração e da frequência das interrupções (SAIDI e SAIFI) quando o sistema opera em condições normais. Para demonstrar a eficácia e flexibilidade do algoritmo proposto dois sistemas testes, de 43 e 136 nós, serão utilizados para resolver diferentes instâncias do problema da alocação / Abstract: The optimal switch allocation problem in electrical distribution systems is a combinatorial optimization problem, subject to a set of technical and operational constraints that produces complex, nonlinear, nondeterministic and, in many cases, non-analytical and difficult to represent optimization models. Therefore, the best approach to provide high quality solutions, in reasonable time, is the use of modern heuristics algorithms. This work presents an optimization methodology based on the formulation of convex mathematical models and solved by using a simplified GRASP algorithm, in order to provide high quality solutions to the switch allocation problem. The allocated switches establish an efficient restoration scheme that, in case of a permanent fault, isolates the faulty zone and restores the electrical service of as many users as possible. On the other hand, the switches allocated by the proposed methodology, are also used to optimize the steady-state operating point of the system and the reliability indices experienced by the users, i.e., the active power losses are reduced and the reliability indices, SAIDI and SAIFI, are improved when the system is operating flawlessly. In order to show the efficiency and flexibility of the proposed switch allocation methodology, two test systems have been proposed and different allocation instances have been solved / Mestre

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho, abordamos um problema de otimização de parâmetros da biofísica em que o objetivo é a obtenção da taxa média de concentração de substrato no fígado. Este problema é altamente não-linear, multimodal e com função-objetivo não-diferenciável. Resolvemos o mesmo através de métodos de otimização da literatura e introduzimos três métodos de otimização. Os métodos introduzidos neste trabalho são baseados na hibridização de um método estocástico, que explora o espaço de busca, com um método determinístico de busca direta, que faz uma busca local mais refinada nas áreas mais promissoras deste espaço. Os novos métodos são comparados aos da literatura e é verificado que o desempenho dos primeiros é superior. / In this work, we attack a parameter optimization problem from Biophysics, where the aim is to obtain the substrate concentration rate of a liver. This problem is highly non-linear, multimodal, and with non-differentiable objective-function. We solve it using optimization methods from the literature and three methods introduced in this work. The latter methods are based on the hybridization of a stochastic technique which explores the search space, with a direct search deterministic technique which exploits the most promising areas. Our results show that the new optimization methods perform better than those from the literature.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho, abordamos um problema de otimização de parâmetros da biofísica em que o objetivo é a obtenção da taxa média de concentração de substrato no fígado. Este problema é altamente não-linear, multimodal e com função-objetivo não-diferenciável. Resolvemos o mesmo através de métodos de otimização da literatura e introduzimos três métodos de otimização. Os métodos introduzidos neste trabalho são baseados na hibridização de um método estocástico, que explora o espaço de busca, com um método determinístico de busca direta, que faz uma busca local mais refinada nas áreas mais promissoras deste espaço. Os novos métodos são comparados aos da literatura e é verificado que o desempenho dos primeiros é superior. / In this work, we attack a parameter optimization problem from Biophysics, where the aim is to obtain the substrate concentration rate of a liver. This problem is highly non-linear, multimodal, and with non-differentiable objective-function. We solve it using optimization methods from the literature and three methods introduced in this work. The latter methods are based on the hybridization of a stochastic technique which explores the search space, with a direct search deterministic technique which exploits the most promising areas. Our results show that the new optimization methods perform better than those from the literature.

O problema de reconstrucão digital de imagens (Image Inpainting) possui diversas abordagens para sua resolução. Uma possibilidade consiste na sua modelagem como um problema de otimizacão contínua (lasso). Na presente dissertacão aplica-se o método do gradiente espectral projetado a esse problema. Desenvolve-se inteiramente a modelagem do problema assim como a implementacão computacional do método de otimização que o resolve. Resultados computacionais demonstram a qualidade do método para um conjunto de imagens digitais / The image inpainting problem has several resolution approaches. One possibility consists in its modeling as a continuous optimization problem. In the present dissertation we apply the spectral projected gradient method to this problem. We develop the whole modeling of the problem as well as the computational implementation of the optimization method to solve it. Computational results show the quality of the method for a set of digital images

Sistemas dutoviários desempenham um papel fundamental na cadeia de suprimento da indústria de petróleo. Este tipo de sistema é responsável pelo transporte da maior parte do volume de petróleo e seus derivados. Sistemas de dutos transportam uma grande quantidade de diferentes tipos de petróleo e seus derivados a custo mais baixo que outros tipos de modais. Dutos interligam campos de produção de petróleo, portos, refinarias, centros de distribuição (ou depósitos), e mercado consumidor. O problema estudado neste trabalho é baseado em um sistema que é composto por uma refinaria que pode transferir vários produtos para um terminal (depósito) através de um único duto. Os produtos são conjuntos de derivados de petróleo que devem ser transferidos da refinaria para o terminal ou do terminal para a refinaria. Ambos, refinaria e terminal estão conectados a outras refinarias, terminais e mercados consumidores e com isto formam uma complexa rede de dutos. Por outro lado há um conjunto de demandas externas e internas. Esta última demanda decorre da necessidade de processamento de produtos intermediários que são misturas compostas de várias correntes intermediárias, tais como diluentes de óleos combustíveis, propano intermediário, e diesel intermediário. Com o objetivo de obter vantagens sobre a estrutura da rede de transporte, torna-se benéfica e mesmo necessária a operação do duto em ambas as direções para atender tanto à demanda externa quanto à interna. O objetivo deste trabalho é desenvolver um modelo matemático para a programação de um sistema de poliduto. A formulação para a programação deve considerar a possibilidade de trocar o sentido do poliduto. Neste contexto, a programação de um poliduto envolve decisões tais como sentido de operação, quantidade, temporização e seqüências de produtos, com objetivo de obter uma solução ótima, considerando todas as restrições de demanda, perfil de produção, estoques e custos. O modelo de programação é baseado em uma representação de tempo discreto e composto da área de tancagem da refinaria, um terminal, e um poliduto. Além disto o duto é dividido em segmentos de volumes iguais como em Rejowski Jr e Pinto (2003). As principais variáveis de decisão são a direção da movimentação do duto (da refinaria para terminal ou do terminal para refinaria) e o que está sendo movimentado a cada intervalo. Estas decisões são formuladas através de uma representação disjuntiva. As disjunções são transformadas em uma formulação baseada em programação matemática mista-inteira, a partir da representação Convex-hull. A função objetivo considera os custos de estocagem, movimentação e interface de produtos. O modelo é aplicado inicialmente a um caso protótipo e posteriormente aplicado a um sistema real composto pelos terminais de São Sebastião e Guararema e o poliduto OSPLAN. Neste caso ao todo quatro famílias de produtos são transportadas: gasolina, querosene, nafta e diesel. A programação é gerada para o período de uma semana. / Pipeline systems play a major role in the supply chain of the petroleum industry. These systems are responsible for the transportation of most of the crude oil and petroleum derivatives. Pipeline systems transfer large amounts of different petroleum types and their products at a lower cost than any other transportation mode. Pipelines interconnect oil fields, ports, refineries, distribution centers (or depots), and consumer markets. The problem addressed is this work is based on a system that is composed by an oil refinery that must transfer multiple products through a single pipeline connected to one depot. The products are a set of petroleum derivatives that must be either transported from the refinery to the depot or from the depot to the refinery. Both depot and refinery also connect other refineries as well as other depots and customers, thus forming a complex transportation network. On the other hand, there are several demands that arise either from external customers or from refineries. The latter demand is due from the need of processing intermediate streams with components mixtures such as diluents, propane and diesel. In order to take advantage of the structure of the transportation network, it becomes beneficial and even necessary to operate the pipeline in both directions so that internal and external demands are satisfied. The objective of this work is to develop a mathematical model for the short term scheduling of a multiproduct pipeline system. The scheduling formulation must account for the bidirectionality of the multiproduct pipeline. In this context, the scheduling a multiproduct pipeline involves the from-to decision, the product amounts, their sequence and timing, in the optimal sense, considering all constrains on demands, production rates, inventories, and costs. The scheduling model is based on a discrete time representation and is composed by one refinery tank farm, one depot and one multiproduct pipeline. Moreover, the pipeline is divided into segments of equal volume, as in Rejowski Jr and Pinto (2003). The main decisions variables are the directions of transfer (refinery to depot or depot to refinery) and the types of products at each time interval. These decisions are formulated with a disjunctive representation. The disjunctions are represented in mixed integer formulation based on the convex-hull approach. The objective function involves inventory, transfer and product interface costs. The model is first applied to a prototype case and after applied to a real-world system that is composed of the São Sebastião and Guararema depot and the OSPLAN pipeline. Overall four families of products are transported: gasoline, kerosene, naphtha and oil diesel. These are scheduled over a period of one week.

Sistemas dutoviários desempenham um papel fundamental na cadeia de suprimento da indústria de petróleo. Este tipo de sistema é responsável pelo transporte da maior parte do volume de petróleo e seus derivados. Sistemas de dutos transportam uma grande quantidade de diferentes tipos de petróleo e seus derivados a custo mais baixo que outros tipos de modais. Dutos interligam campos de produção de petróleo, portos, refinarias, centros de distribuição (ou depósitos), e mercado consumidor. O problema estudado neste trabalho é baseado em um sistema que é composto por uma refinaria que pode transferir vários produtos para um terminal (depósito) através de um único duto. Os produtos são conjuntos de derivados de petróleo que devem ser transferidos da refinaria para o terminal ou do terminal para a refinaria. Ambos, refinaria e terminal estão conectados a outras refinarias, terminais e mercados consumidores e com isto formam uma complexa rede de dutos. Por outro lado há um conjunto de demandas externas e internas. Esta última demanda decorre da necessidade de processamento de produtos intermediários que são misturas compostas de várias correntes intermediárias, tais como diluentes de óleos combustíveis, propano intermediário, e diesel intermediário. Com o objetivo de obter vantagens sobre a estrutura da rede de transporte, torna-se benéfica e mesmo necessária a operação do duto em ambas as direções para atender tanto à demanda externa quanto à interna. O objetivo deste trabalho é desenvolver um modelo matemático para a programação de um sistema de poliduto. A formulação para a programação deve considerar a possibilidade de trocar o sentido do poliduto. Neste contexto, a programação de um poliduto envolve decisões tais como sentido de operação, quantidade, temporização e seqüências de produtos, com objetivo de obter uma solução ótima, considerando todas as restrições de demanda, perfil de produção, estoques e custos. O modelo de programação é baseado em uma representação de tempo discreto e composto da área de tancagem da refinaria, um terminal, e um poliduto. Além disto o duto é dividido em segmentos de volumes iguais como em Rejowski Jr e Pinto (2003). As principais variáveis de decisão são a direção da movimentação do duto (da refinaria para terminal ou do terminal para refinaria) e o que está sendo movimentado a cada intervalo. Estas decisões são formuladas através de uma representação disjuntiva. As disjunções são transformadas em uma formulação baseada em programação matemática mista-inteira, a partir da representação Convex-hull. A função objetivo considera os custos de estocagem, movimentação e interface de produtos. O modelo é aplicado inicialmente a um caso protótipo e posteriormente aplicado a um sistema real composto pelos terminais de São Sebastião e Guararema e o poliduto OSPLAN. Neste caso ao todo quatro famílias de produtos são transportadas: gasolina, querosene, nafta e diesel. A programação é gerada para o período de uma semana. / Pipeline systems play a major role in the supply chain of the petroleum industry. These systems are responsible for the transportation of most of the crude oil and petroleum derivatives. Pipeline systems transfer large amounts of different petroleum types and their products at a lower cost than any other transportation mode. Pipelines interconnect oil fields, ports, refineries, distribution centers (or depots), and consumer markets. The problem addressed is this work is based on a system that is composed by an oil refinery that must transfer multiple products through a single pipeline connected to one depot. The products are a set of petroleum derivatives that must be either transported from the refinery to the depot or from the depot to the refinery. Both depot and refinery also connect other refineries as well as other depots and customers, thus forming a complex transportation network. On the other hand, there are several demands that arise either from external customers or from refineries. The latter demand is due from the need of processing intermediate streams with components mixtures such as diluents, propane and diesel. In order to take advantage of the structure of the transportation network, it becomes beneficial and even necessary to operate the pipeline in both directions so that internal and external demands are satisfied. The objective of this work is to develop a mathematical model for the short term scheduling of a multiproduct pipeline system. The scheduling formulation must account for the bidirectionality of the multiproduct pipeline. In this context, the scheduling a multiproduct pipeline involves the from-to decision, the product amounts, their sequence and timing, in the optimal sense, considering all constrains on demands, production rates, inventories, and costs. The scheduling model is based on a discrete time representation and is composed by one refinery tank farm, one depot and one multiproduct pipeline. Moreover, the pipeline is divided into segments of equal volume, as in Rejowski Jr and Pinto (2003). The main decisions variables are the directions of transfer (refinery to depot or depot to refinery) and the types of products at each time interval. These decisions are formulated with a disjunctive representation. The disjunctions are represented in mixed integer formulation based on the convex-hull approach. The objective function involves inventory, transfer and product interface costs. The model is first applied to a prototype case and after applied to a real-world system that is composed of the São Sebastião and Guararema depot and the OSPLAN pipeline. Overall four families of products are transported: gasoline, kerosene, naphtha and oil diesel. These are scheduled over a period of one week.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:57:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MScCampeao.pdf: 730731 bytes, checksum: 93bde1355e901654a01dbd2a0138fe35 (MD5) Previous issue date: 2012-01-09 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico / In this work a methodology for the compliance topology design of Kirchhoff plates with volume constraint using topological derivative is presented. The topological derivative measures the sensitivity of a given shape functional with respect to an infinitesimal singular domain perturbation, such as the insertion of holes, inclusions, source-terms or even cracks. Firstly, the hypothesis associated to the Kirchhoff elastic plates bending model are presented as well as the functional that represents the total potential energy of the plate. Then, the mathematical development to obtain the topological derivative considering as singular perturbation the introduction of a small circular inclusion is presented. The total potential energy is considered as shape functional together with a volume constraint. The use of two methods for volume control is discussed. The first one is done by means of linear penalization and does not provide direct control over the required volume fraction. In this case, the penalty parameter is the coefficient of a linear term used to control the amount of material to be removed. The second approach is based on the Augmented Langrangian method which has both, linear and quadratic terms. The coefficient of the quadratic part controls the Lagrange multiplier update of the linear part. Through this last method it is possible to specify the final amount of material in the optimized structure. Next, a topology design algorithm of Kirchhoff plates is presented, which uses the information provided by the topological derivative together with a level-set domain representation method. Finally, some numerical examples are presented in the context of compliance topology optimization with volume constraint. / Neste trabalho é apresentada uma metodologia para otimização topológica de placas de Kirchhoff minimizando a flexibilidade com restrição em volume utilizando derivada topológica. A derivada topológica mede a sensibilidade de um dado funcional de forma em relação a uma perturbação singular infinitesimal no domínio, tal como a inserção de furos, inclusões, termos fonte ou trincas. Primeiramente, são apresentadas as hipóteses associadas ao modelo de flexão elástica de placas de Kirchhoff bem como o funcional que representa a energia potencial total da placa e, em seguida, o desenvolvimento matemático para a obtenção da derivada topológica considerando como perturbação singular a introdução de uma pequena inclusão circular. A energia potencial total é considerada como funcional de forma juntamente com uma restrição de volume. Discute-se ainda a utilização de dois métodos para realizar o controle da restrição de volume. O primeiro é feito por meio de penalização linear e não fornece controle direto sobre a fração de volume requerida. Nesse caso, o parâmetro de penalidade é o coeficiente de um termo linear que é usado para controlar a quantidade de material a ser removido. A segunda abordagem é baseada no método do Lagrangeano Aumentado que possui um termo linear e um quadrático. O coeficiente da parte quadrática controla a atualização do multiplicador de Lagrange da parte linear. Através desse último método é possível especificar a quantidade final de material na estrutura otimizada. Dessa forma, é apresentado um algoritmo que utiliza a informação fornecida pela derivada topológica conjuntamente com um método de representação de domínio por função level-set na otimização topológica de placas de Kirchhoff. Por fim, alguns exemplos numéricos são apresentados no contexto de otimização topológica com restrição em volume.

Submitted by Maria Cristina (library@lncc.br) on 2015-07-27T15:05:42Z No. of bitstreams: 1 thesis.pdf: 1867062 bytes, checksum: 8cffd5298d9eeaf5fe03a2244a4578f9 (MD5) / Approved for entry into archive by Maria Cristina (library@lncc.br) on 2015-07-27T18:14:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 thesis.pdf: 1867062 bytes, checksum: 8cffd5298d9eeaf5fe03a2244a4578f9 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-27T18:26:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 thesis.pdf: 1867062 bytes, checksum: 8cffd5298d9eeaf5fe03a2244a4578f9 (MD5) Previous issue date: 2014-09-29 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / This work aims at the development and implementation of robust and efficient computational algorithms to treat multilevel optimization problems, particularly bilevel problems. Those problems are characterized by an optimization problem within the constraints of another optimization problem, and are considered more difficult to treat than classical optimization problems, since, in general, they are non-convex nor differentiable, even when the functions involved are all linear. To solve those problems, different techniques were developed which are based on Ant Colony Optimization and Differential Evolution metaheuristics. Beside those, a surrogate model (metamodel) was also developed, based on the Nearest Neighbors Method, in an attempt to reduce the computational cost of one of the proposed methods. A variety of bilevel problems were addressed to validate the proposed algorithms, including: (i) optimization problems in continuous space with and without constraints; (ii) an application in Operational Research involving the production and distribution planning problem; and (iii) bilevel problems containing multiple followers in the lower level. The analysis of the applicability and the performance of the proposed methodologies showed that they were able to successfully solve all problems, in which competitive results were obtained concerning the applications addressed. / Este trabalho visa o desenvolvimento e implementação computacional de algoritmos robustos e eficientes para tratar problemas de otimização multinível, particularmente os de dois níveis. Problemas desta natureza são caracterizados por possuírem um problema de otimização dentro das restrições de outro problema de otimização, e são considerados mais difíceis de serem tratados do que os problemas clássicos de otimização, pois, em geral, não são convexos e nem diferenciáveis, mesmo quando as funções envolvidas são todas lineares. Para resolver tais problemas, diferentes técnicas de otimização foram desenvolvidas, utilizando como base as metaheurísticas de Otimização por Colônia de Formigas e Evolução Diferencial. Além destas, propôs-se um modelo de substituição (metamodelo), baseado no Método dos Vizinhos mais Próximos, na tentativa de reduzir o custo computacional em um dos métodos proposto. Uma diversidade de problemas em dois níveis foi utilizada para validar os algoritmos desenvolvidos, incluindo: (i) problemas de otimização no espaço contínuo, restritos e irrestritos; (ii) uma aplicação em Pesquisa Operacional envolvendo o problema de planejamento de produção e distribuição; e (iii) problemas envolvendo múltiplos seguidores no nível inferior. A análise da aplicabilidade e do desempenho das metodologias propostas mostraram que estas foram capazes de resolver com sucesso todos os problemas, onde resultados competitivos foram obtidos na linha dos problemas abordados.