O planejamento da operação energética do sistema interligado nacional brasileiro é realizado por uma cadeia de modelos computacionais de otimização e simulação da operação. Entretanto, o risco de déficit, um importante indicador de segurança energética no setor elétrico, é tratado como uma variável de saída dos modelos computacionais. No planejamento de médio prazo é utilizado o software NEWAVE, que utiliza uma representação agregada em subsistemas equivalentes. Este trabalho propõe a implementação de um modelo de otimização linear para o planejamento da operação de médio prazo capaz de considerar o risco de déficit em sua formulação. Para o controle de risco de déficit, é proposta a utilização da métrica de risco conhecida por CVaR (Conditional Value at Risk), por se caracterizar como uma métrica de risco coerente, além de poder ser implementada por meio de um conjunto de restrições lineares. / The energetic operation planning of the Brazilian interconnected system is performed by a chain of computational models for the system optimization and simulation. However, the deficit risk, an important energy security indicator for the electric sector, is treated as an output variable on the computational models. In the medium-term of the energetic planning is used the software NEWAVE, which uses equivalent systems on aggregated representation. This work proposes the implementation of a linear optimization model for the medium-term of the energetic planning able to consider the deficit risk in its own formulation. To control the deficit risk is proposed the use of the risk metric known as CVaR (Conditional Value at Risk), because it is characterized as a coherent risk metric, and can be implemented through a set of linear constraints.

Submitted by Jaqueline Silva (jtas29@gmail.com) on 2014-09-15T17:01:52Z No. of bitstreams: 2 Filipe Marinho de Brito.pdf: 17131597 bytes, checksum: 477190303473bc899a0003fa4fa5d986 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Jaqueline Silva (jtas29@gmail.com) on 2014-09-15T17:49:43Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Filipe Marinho de Brito.pdf: 17131597 bytes, checksum: 477190303473bc899a0003fa4fa5d986 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-15T17:49:43Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Filipe Marinho de Brito.pdf: 17131597 bytes, checksum: 477190303473bc899a0003fa4fa5d986 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2013-09-03 / The operation planning process for hydrothermal generation systems is complex and depends on a large demand of organized data to find rational strategies of operation. These data although vast, often are shown in closed formats, tabular or graphical to satisfy a specific interest. What comes as closest as raw data, that allows the application of mathematical models to find rational strategies of operation are the decks. Although the wide range of papers developed to solve this planning, these are usually applied in a restricted sample of data because there is a great difficulty in reading the decks, for example the lack of standarts in the identification of a plant and the presence of binary files. In order to solve the problem in obtaining and handling data of plants, the Faraday System was developed, which promotes reading, organization, standardization, reporting and editing data of plants from decks and other information bases, as data flows reading from governmental institutions sites. The Faraday system is a web application platform, focusing on mobile computing, and can be accessed by tablets, smartphones or any devices that have access to browser and internet, introducing the science of energy research in mobile computing. / O processo de planejamento de operações de sistemas de geração hidrotérmicos é complexo e depende de uma grande demanda de dados organizados para encontrar estratégias racionais de operação. Estes dados apesar de vastos, costumam ser apresentados em formatos fechados, gráficos ou tabulados de modo a atender a um interesse específico. O que mais se aproxima de dados mais embrutecidos, que possibilitem a aplicação de modelos matemáticos para encontrar estratégias racionais de operação, são os decks. Apesar da ampla gama de trabalhos científicos desenvolvidos no sentido de solucionar o planejamento, estes costumam ser aplicados em uma amostra restrita de dados pois existe uma dificuldade grande na leitura dos decks, dentre eles pode-se citar a falta de padronização na identificação de uma usina e a presença de arquivos binários. Visando solucionar o problema na obtenção e manipulação de dados de usinas, foi desenvolvido o Sistema Faraday, que promove a leitura, organização, padronização, emissão de relatórios e edição de dados de usinas provinientes de decks e outras bases de informação, como dados de leitura de vazão provinientes de sites de instituições governamentais. O Sistema Faraday é uma aplicação web, multiplataforma, com foco na computação móvel, podendo ser acessada por tablets, smartphones ou quaisquer dispositivos que possuam navegador e acesso à internet; introduzindo a ciência da pesquisa energética na computação móvel.

O objetivo desta tese é desenvolver e implementar em computador uma metodologia para resolver o problema de alívio de carregamento utilizando técnicas de remanejamento ou corte de carga. Tal metodologia, fundamenta-se no Algoritmo Evolutivo Multiobjetivo em Tabelas, que foi desenvolvido inicialmente para o problema de restabelecimento de energia em sistemas de distribuição. Já metodologia desenvolvida nesta tese trata o problema de alívio de carregamento, buscando minimizar o número de consumidores sem fornecimento de energia elétrica e o número de operações de chaveamento. Todavia, é necessário a obtenção de um plano de manobras em chaves adequado de modo que este não inviabilize a implantação na prática e que resulte em soluções que contemplem: a ausência de sobrecarga na rede e nas subestações, a manutenção dos níveis de tensão dentro dos intervalos exigidos pela legislação e a manutenção da radialidade da rede. Para alcançar estes objetivos, utiliza-se técnicas que determinam a sequência de chaveamento necessária para o plano de alívio de carga obtido. Prioriza-se, ainda, o atendimento aos consumidores prioritários e o corte seletivo de cargas em condições de esgotamento das possibilidades de remanejamento entre os alimentadores primários. Ao aplicar a metodologia proposta em um sistema de distribuição real de grande porte da Companhia Energética de Pernambuco - CELPE, constatou-se que, em comparação com a técnica atualmente utilizada, a metologia desenvolvida é confiável e apresenta bons resultados no que se refere a: sequência exequível de manobras, diminuição do número de chaveamentos e redução do número de consumidores e consumidores prioritários sem atendimento. Além disso, a metodologia possui capacidade de aplicação em outros sistemas semelhantes e foi integrada em um sistema computacional com ambiente gráfico permitindo estudos de caso e armazenamento em banco de dados. / The objective of this research is to develop and implement a methodology for the treatment of load shedding problem due to the existence (operation) or the possibility to occur (planning) contingencies in supply system (High Voltage/Subtransmission). The methodology is based on Multiobjective Evolutionary Algorithm in Tables, initially developed for the service restoration problems in distribution systems. It aims to minimize the number of customers without electricity supply; minimizing the number of switching operations, so that it does not impede the implementation in practice; absence of overload in network and substations; maintaining the voltage levels within the ranges required by the laws of radiality and maintenance of the network. To achieve these goals, are used techniques for determining the required switching sequence for the load shedding plan obtained; prioritization of special consumer in service and selective load shedding when exhausted the possibilities of relocating loads between primary feeders. When applies the proposed methodology in a real large distribution system of the Energy Company of Pernambuco - CELPE, it can be seen that, compared with the technique currently used, it is reliable with good results regarding viable sequence of maneuvers; reducing the number of switchings and number of consumers and priority consumers without service in addition to be able to be applied in similar systems. The methodology has been integrated into a computer system in a graphical environment with facilities of case studies and storing information in the database.

Neste trabalho foi investigado um novo modelo baseado em inteligência artificial como ferramenta para a resolução do problema de planejamento da operação de sistemas hidrotérmicos de potência. Esta abordagem, que utiliza os princípios da evolução genética, tem se destacado com alta eficiência na solução de problemas de otimização. Para atender a todas as características do problema foram feitas algumas adaptações dos operadores genéticos tradicionais de recombinação e mutação, sendo o problema codificado usando uma cadeia de números reais, e não binários como normalmente é apresentado na literatura. Para isto, foram realizados vários testes visando moldar a técnica ao problema em questão, levando em conta suas características específicas. O algoritmo proposto também foi aplicado em vários testes com usinas pertencentes ao sistema hidroelétrico brasileiro e mostrou o bom desempenho desta abordagem em determinar uma operação ótima, garantindo, da melhor forma possível, o atendimento da demanda por um custo mínimo e com confiabilidade. As aplicações incluíram sistemas complexos, de grande porte, com até 35 usinas hidroelétricas, onde foram obtidos resultados satisfatórios. / The present thesis investigates a new model based on artificial inteligence as a tool to solve the problem of the operational planning of hydrothermal systems. This approach, which uses the principle of genetic evolution, has been very successful and efficient in the solution of optimization problems. To represent all the characteristics of the problem some adaptations of the traditional genetic operators of recombination and mutation were made. The problem used a string of real numbers instead of binary as usually presented in the literature. Thus, several tests were performed in order to adapt the technique to the problem, taking into account its specific characteristics. The proposed algorithm has been applied in several tests in real hydrothermal systems, with plants belonging to the brazilian southeast system. The results achieved so far have indicated that the proposed approach can be an effective alternative or a complementary technique for the planning of hidrothermal system, as it determines an operation strategy for each power plant and minimizes the expected value of the operative cost along the planning horizon. The applications include large systems, with up to 35 hydroelectric plants, where good results were obtained.

O planejamento da operação energética do sistema interligado nacional brasileiro é realizado por uma cadeia de modelos computacionais de otimização e simulação da operação. Entretanto, o risco de déficit, um importante indicador de segurança energética no setor elétrico, é tratado como uma variável de saída dos modelos computacionais. No planejamento de médio prazo é utilizado o software NEWAVE, que utiliza uma representação agregada em subsistemas equivalentes. Este trabalho propõe a implementação de um modelo de otimização linear para o planejamento da operação de médio prazo capaz de considerar o risco de déficit em sua formulação. Para o controle de risco de déficit, é proposta a utilização da métrica de risco conhecida por CVaR (Conditional Value at Risk), por se caracterizar como uma métrica de risco coerente, além de poder ser implementada por meio de um conjunto de restrições lineares. / The energetic operation planning of the Brazilian interconnected system is performed by a chain of computational models for the system optimization and simulation. However, the deficit risk, an important energy security indicator for the electric sector, is treated as an output variable on the computational models. In the medium-term of the energetic planning is used the software NEWAVE, which uses equivalent systems on aggregated representation. This work proposes the implementation of a linear optimization model for the medium-term of the energetic planning able to consider the deficit risk in its own formulation. To control the deficit risk is proposed the use of the risk metric known as CVaR (Conditional Value at Risk), because it is characterized as a coherent risk metric, and can be implemented through a set of linear constraints.

Neste trabalho foi investigado um novo modelo baseado em inteligência artificial como ferramenta para a resolução do problema de planejamento da operação de sistemas hidrotérmicos de potência. Esta abordagem, que utiliza os princípios da evolução genética, tem se destacado com alta eficiência na solução de problemas de otimização. Para atender a todas as características do problema foram feitas algumas adaptações dos operadores genéticos tradicionais de recombinação e mutação, sendo o problema codificado usando uma cadeia de números reais, e não binários como normalmente é apresentado na literatura. Para isto, foram realizados vários testes visando moldar a técnica ao problema em questão, levando em conta suas características específicas. O algoritmo proposto também foi aplicado em vários testes com usinas pertencentes ao sistema hidroelétrico brasileiro e mostrou o bom desempenho desta abordagem em determinar uma operação ótima, garantindo, da melhor forma possível, o atendimento da demanda por um custo mínimo e com confiabilidade. As aplicações incluíram sistemas complexos, de grande porte, com até 35 usinas hidroelétricas, onde foram obtidos resultados satisfatórios. / The present thesis investigates a new model based on artificial inteligence as a tool to solve the problem of the operational planning of hydrothermal systems. This approach, which uses the principle of genetic evolution, has been very successful and efficient in the solution of optimization problems. To represent all the characteristics of the problem some adaptations of the traditional genetic operators of recombination and mutation were made. The problem used a string of real numbers instead of binary as usually presented in the literature. Thus, several tests were performed in order to adapt the technique to the problem, taking into account its specific characteristics. The proposed algorithm has been applied in several tests in real hydrothermal systems, with plants belonging to the brazilian southeast system. The results achieved so far have indicated that the proposed approach can be an effective alternative or a complementary technique for the planning of hidrothermal system, as it determines an operation strategy for each power plant and minimizes the expected value of the operative cost along the planning horizon. The applications include large systems, with up to 35 hydroelectric plants, where good results were obtained.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-12-22T11:28:06Z No. of bitstreams: 1 talespulinhoramos.pdf: 7323423 bytes, checksum: 8e91605d60fbb16fc971b4b13d056055 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-12-22T12:24:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 talespulinhoramos.pdf: 7323423 bytes, checksum: 8e91605d60fbb16fc971b4b13d056055 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-22T12:24:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 talespulinhoramos.pdf: 7323423 bytes, checksum: 8e91605d60fbb16fc971b4b13d056055 (MD5) Previous issue date: 2011-03-28 / FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Nos horizontes de médio e longo prazo, o modelo computacional oficial, denominado NEWAVE, para o planejamento da operação do Sistema Interligado Nacional (SIN) no Brasil é baseado na técnica de Programação Dinâmica Dual Estocástica (PDDE) e em sistemas equivalentes de energia. Para se produzir estimativas individualizadas das usinas hidrelétricas, omodelooficialdoSIN,SUISHI-O,utilizaheurísticasoperativasbaseadasnabuscapelaoperação em paralelo por faixas dos reservatórios e consideração das não linearidades nas restrições operativas associadas ao problema. Ou seja, as decisões operativas geradas pela PDDE para os sistemasequivalentessãodesagregadasentreassuasusinashidrelétricas. OsdoismodeloscomputacionaisforamdesenvolvidospeloCentrodePesquisasdeEnergiaElétrica(CEPEL),sendo que o modelo NEWAVE produz Funções de Custo Futuro (FCFs) mensais através da técnica dePDDEeestasfunçõessãoutilizadaspelomodeloSUISHI-O,responsávelpeladesagregação das decisões associadas aos sistemas equivalentes entre as suas usinas hidrelétricas. Este trabalho propõe um Modelo Individualizado de Usinas Hidrelétricas (MIUH) baseado em programação não linear para o planejamento mensal da operação utilizando-se as FCFs produzidas pelo modelo NEWAVE ou outro modelo de decisão estratégica. O MIUH utiliza uma representação alternativa aos polinômios de quarto grau associados aospolinômioscota-vazãobaseadanafunçãologística,comoobjetivodeestabilizaroprocesso de convergência do modelo de otimização não-linear. Foi desenvolvida uma plataforma computacional robusta, capaz de utilizar o mesmo conjuntodedadosdosmodeloscomputacionaisoficiaisdoSIN,disponibilizadomensalmentepelo Operador Nacional do Sistema (ONS). Com isto, possibilitou-se a comparação dos resultados obtidospelomodeloSUISHI-OcomosobtidospeloMIUH.Paraisto,foramutilizadososdados referentes ao Programa Mensal de Operação de Janeiro de 2011. Esta plataforma está desenvolvida em C++/Java para os sistemas operacionais Windows e LINUX, sendo que utiliza o modelo LINGO para a solução dos problemas de otimização não linear. O MIUH é capaz de representar a maioria dos detalhes associados ao problema de planejamento da operação, como, por exemplo, a expansão dos parques térmicos e hidráulicos, o crescimentodomercado,asrestriçõesdevazãomínimaobrigatória,ovolumemínimoparavertimento nas usinas com reservatório, a geração de pequenas usinas, os limites de intercâmbio entre os subsistemas, os diversos patamares de déficit de energia, a evaporação e o enchimento do volume morto. / On the horizons of long term,the official computing model to the planning of the operation of the National Grid (NG) in Brazil is based in the technique of Stochastic Dual Dynamic Programming (SDDP) and using equivalent systems of energy. In order to produce individual estimates of the hydro plants, NG’s official model uses operative heuristics which search for the operation in parallel of the reservoirs and consider the nonlinear and operative restrictions associated to the problem. In other words, the operative decisions generated by SDDP to the energy equivalent systems are disaggregated between its own hydro plants. Both computing models are developed by CEPEL. The model NEWAVE produces cost-togofunctionmonthlythroughSDDPtechniqueandthesefunctionsarealsousedbytheSUISHIO model (developed by CEPEL), responsible for the disaggregation of the decisions associated to the equivalent systems between its hydro plants. The aim of this thesis is to propose an Individualized Model of Hydro Plants (IMHP) based on nonlinear programming for the monthly planning of the operation using the cost-to-go functions produced by the NEWAVE model. IMHP uses an alternative representation of fourth degree polynomials associated to the outflow-level downstream relationship based on the logistic function in order to stabilize the convergence of the nonlinear optimization model. It has been developed a robust computing platform which is capable of using the same set of datas of the official computing models of NG, which is monthly available by the Independent System Operator (ISO). Consequently, it was possible to compare the results generated by SUISHI-O model with the ones generated by IMHP. In order to do that, the datas regarding the Monthly Program of Operation of January 2011 were used. This platform is developed in C++/Java to the operational systems Windows and LINUX, once that the model LINGO is used to solve problems of nonlinear optimization. IMHP is able to represent the majority of the details associated to the problem, such as, for example, the expansion of thermal and hydraulic parks, the market growth, and the minimum obligatory outflow restrictions, the minimum volume to be transfered in hydro plants with reservoirs, the generation of small hydro plants, the limits of exchange between equivalent systems of energy, various levels of deficit of energy, the evaporation and the act of filling the dead volume.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:08:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Sistemas Hidrotermicos.pdf: 1921130 bytes, checksum: 988097a7877583ede959085e07eade65 (MD5) Previous issue date: 2012-06-21 / Particle Swarm Optimization has been widely used to solve real-world problems, including the operation planning of hydrothermal generation systems, where the main goal is to achieve rational strategies of operation. This can be accomplished by minimizing the high-cost thermoelectric generation, while maximizing the low-cost hydroelectric generation. The optimization process must consider a set of complex constrains. This work presents the application of some recently proposed Particle Swarm Optimizers for a group of hydroelectric power plants of the Brazilian interconnected system, using real data from existing plants. There were performed some tests by using the standard PSO, PSO-TVAC, Clan PSO, Clan PSO with migration, Center PSO, and one approach proposed in this work, called Center Clan PSO, over three different mid-term periods. All PSO approaches were compared to the results achieved by a Non-linear Programming algorithm (NLP). Furthermore, another approach was proposed, based on Center PSO, named Extended Center PSO. It was observed that the PSO approaches presented as promising solutions to the problem, even better than NLP in some cases. / A Otimização por Enxame de Partículas tem sido amplamente utilizada na solução de problemas do mundo real, inclusive para o problema do planejamento da operação de sistemas de geração hidrotérmicos, em que o principal objetivo é encontrar estratégias racionais de operação. A solução é obtida através da minimização da geração térmica, alto custo, enquanto maximiza-se a geração hidrelétrica, que é de baixo custo. O processo de otimização deve considerar um conjunto complexo de restrições. Este trabalho apresenta a aplicação de uma abordagem recente chamada de Otimização por Enxame de Partículas para o problema com um grupo de usinas hidrelétricas do sistema interligado brasileiro, utilizando dados reais das usinas existentes. Foram realizados testes usando o PSO original, PSO-TVAC, Clan PSO, Clan PSO com a migração, Center PSO, e uma abordagem proposta neste trabalho, denominada Center Clan PSO, ao longo de três diferentes períodos de médio prazo. Todas as abordagens PSO foram comparadas com os resultados obtidos por um algoritmo de programação não linear (NLP). Além disso, uma outra abordagem foi proposta, com base no algoritmo Center PSO, chamada Extended Center PSO. Observou-se que as abordagens PSO apresentaram resultados promissores na solução do problema, com resultados até mesmo melhores, em alguns casos, que os obtidos pelo NLP.

Submitted by JÚLIO HEBER SILVA (julioheber@yahoo.com.br) on 2017-08-31T17:54:58Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Edson da Silva Ramos - 2017.pdf: 3997839 bytes, checksum: 46c0db17187cdc3a0d29e581ce8b11f0 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-09-15T13:42:24Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Edson da Silva Ramos - 2017.pdf: 3997839 bytes, checksum: 46c0db17187cdc3a0d29e581ce8b11f0 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-15T13:42:24Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Edson da Silva Ramos - 2017.pdf: 3997839 bytes, checksum: 46c0db17187cdc3a0d29e581ce8b11f0 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-09-15 / The problem of planning the hydrothermal systems is complex, dynamic, stochastic, interconnected and nonlinear. In this work this problem is treated to meet one goal: minimize the use of water tank during a scenario of natural river flows lean period. This paper presents the application of meta-heuristics mono-objective of this problem, using a set of eight real plants in the National Interconnected System during the period of five years. The algorithms used were: PSO, ABeePSO, LSSPSO and KFPSO. The experiments were compared to studies using Nonlinear Programming and it appears that this work presents a simulation model and optimization for flexible hydrothermal system and highly adaptable to the use of different meta-heuristics allowing the researcher to apply different algorithms and compare the results between them. / O problema do planejamento da operação de sistemas hidrotérmicos é complexo, dinâmico, estocástico, interconectado e não linear. Nesse trabalho esse problema é tratado de forma a atender um objetivo: minimizar o uso do reservatório de água durante um cenário de período de escassez de vazão natural dos rios. Este trabalho apresenta a aplicação de meta-heurísticas mono-objetivo a esse problema, utilizando um conjunto de oito usinas reais do Sistema Interligado Nacional durante o período de cinco anos. Os algoritmos utilizados foram: PSO, ABeePSO, LSSPSO e KFPSO. Os experimentos realizados foram comparados com estudos que utilizaram Programação Não Linear. E conclui-se que esse trabalho apresenta um modelo de simulação e otimização para sistema hidrotérmicos flexível e altamente adaptável para o uso de diversas meta-heurísticas possibilitando o pesquisador aplicar diferentes algoritmos e comparar esses resultados entre os mesmos.

Este trabalho apresenta um algoritmo determinístico para o planejamento da operação de sistemas hidrotérmicos de potência com representação individualizada das usinas hidroelétricas. Este problema caracteriza-se por ser não-linear, não diferenciável e de grande porte. O modelo de otimização foi baseado em algoritmos de fluxo em rede não-linear e foi utilizado o método do gradiente reduzido para se encontrar a direção ótima e o método da razão áurea para a busca do tamanho do passo ótimo. A estrutura da rede hidráulica formada pelas equações de balanço de água foi explorada através da definição da base na matriz defluência básica. Testes no programa foram realizados em diversos sistemas compostos por usinas reais pertencentes ao sistema sudeste brasileiro. Esses estudos foram realizados visando apresentar os princípios básicos que regem a operação ótima dos reservatórios e validar o algoritmo implementado. / This work presents a deterministic algorithm for the operational planning of hydrothermal power systems where each plant is represented individually. This problem is characterized by non-linear, non-diferenciable and large scale. The optimization model was based in non-linear network flow algorithm and it was used the reduced gradient method to find the optimal direction and the golden ratio method to find the best step size. The structure of hydraulic network formed by the water balance equation was exploited through the definition of the base in the basic flow matrix. Many tests were done with some system composed by real plants located on brazilian southeast. This studies was done to show the basics principles that rule the optimal operation of reservoirs and to validate the algorithm implemented.