A geração de energia elétrica através de grandes empreendimentos, sejam hídricos, térmicos ou nucleares demandam cada vez mais, grandes investimentos e longo período de tempo para início de operação. Em contrapartida, a demanda por este insumo básico para o desenvolvimento e manutenção da sociedade cresce cada vez a um ritmo mais acelerado. Visando atender a essa demanda, existe uma tendência global de instalar uma maior quantidade de pequenas unidades geradoras, ligadas diretamente à rede primária ou á rede secundária de distribuição. Tais unidades são usualmente denominadas de geração distribuída (GD) e dispersa (Gdd), respectivamente. Dentre as diversas vantagens obtidas por estas formas de geração poderá haver aumento da confiabilidade do sistema elétrico, a possibilidade de postergar investimentos necessários à rede de distribuição e a diversificação da matriz energética com maior possibilidade de uso de fontes renováveis de energia. A partir deste conceito foi desenvolvida uma metodologia, fundamentada na teoria de planejamento agregado, para identificar e quantificar potenciais unidades de geração distribuída na área da concessionária de distribuição de energia elétrica, avaliando os respectivos custos e benefícios de cada oportunidade. Por meio destes resultados é possível classificar e, conseqüentemente, priorizar as instalações com maior interesse tanto para o consumidor como, principalmente, para a concessionária local de distribuição de energia. De forma complementar, foram desenvolvidos modelos que possibilitem considerar a geração dispersa no planejamento da expansão dos sistemas de distribuição, bem como avaliar fatores que limitem sua expansão no Brasil. Este trabalho prioriza a análise sob ponto de vista da concessionária de energia elétrica, prática ainda não usual no Brasil, mas com grande potencial de aplicação. / The generation of electrical energy through large power plants (hydro, thermal or nuclear) demands, each time larger investments and high time to be ready for operation. In the other hand, the demand for electrical energy, that is so necessary for the development and maintenance of the society, is growing each day faster. Looking at the attendance of this demand, there is a global tendency to install a larger quantity of small generators, connected directly to the secondary or primary distribution grid of the electrical utility company. These units are known as distributed generation (GD) and dispersed generation (Gdd). Out of the many advantages through the use of distributed generation, the reliability growth in the electrical system, possibility of postpone necessary investments in the distribution network presents high importance and diversify the energetic matrix with the possibility of use renewable resources. From this concept, it was developed a routine, based on the theory of aggregated planning to identify and quantify potential units of distributed generation in the utility company area, evaluating the costs and benefits of each connection for the utility company. Through the results it will be possible the classification of the most interesting units, allowing the decision in conjoint between the consumer and the utility company. As a complement, it was developed mechanisms to make possible to consider disperse generation on the planning of distribution systems expansion. It was also made an evaluation of the factors that restrict the expansion of the disperse generation in Brazil. This thesis focus the analysis considering the utility company impacts, what is not used in Brazil but has a large potential of application.

A geração de energia elétrica através de grandes empreendimentos, sejam hídricos, térmicos ou nucleares demandam cada vez mais, grandes investimentos e longo período de tempo para início de operação. Em contrapartida, a demanda por este insumo básico para o desenvolvimento e manutenção da sociedade cresce cada vez a um ritmo mais acelerado. Visando atender a essa demanda, existe uma tendência global de instalar uma maior quantidade de pequenas unidades geradoras, ligadas diretamente à rede primária ou á rede secundária de distribuição. Tais unidades são usualmente denominadas de geração distribuída (GD) e dispersa (Gdd), respectivamente. Dentre as diversas vantagens obtidas por estas formas de geração poderá haver aumento da confiabilidade do sistema elétrico, a possibilidade de postergar investimentos necessários à rede de distribuição e a diversificação da matriz energética com maior possibilidade de uso de fontes renováveis de energia. A partir deste conceito foi desenvolvida uma metodologia, fundamentada na teoria de planejamento agregado, para identificar e quantificar potenciais unidades de geração distribuída na área da concessionária de distribuição de energia elétrica, avaliando os respectivos custos e benefícios de cada oportunidade. Por meio destes resultados é possível classificar e, conseqüentemente, priorizar as instalações com maior interesse tanto para o consumidor como, principalmente, para a concessionária local de distribuição de energia. De forma complementar, foram desenvolvidos modelos que possibilitem considerar a geração dispersa no planejamento da expansão dos sistemas de distribuição, bem como avaliar fatores que limitem sua expansão no Brasil. Este trabalho prioriza a análise sob ponto de vista da concessionária de energia elétrica, prática ainda não usual no Brasil, mas com grande potencial de aplicação. / The generation of electrical energy through large power plants (hydro, thermal or nuclear) demands, each time larger investments and high time to be ready for operation. In the other hand, the demand for electrical energy, that is so necessary for the development and maintenance of the society, is growing each day faster. Looking at the attendance of this demand, there is a global tendency to install a larger quantity of small generators, connected directly to the secondary or primary distribution grid of the electrical utility company. These units are known as distributed generation (GD) and dispersed generation (Gdd). Out of the many advantages through the use of distributed generation, the reliability growth in the electrical system, possibility of postpone necessary investments in the distribution network presents high importance and diversify the energetic matrix with the possibility of use renewable resources. From this concept, it was developed a routine, based on the theory of aggregated planning to identify and quantify potential units of distributed generation in the utility company area, evaluating the costs and benefits of each connection for the utility company. Through the results it will be possible the classification of the most interesting units, allowing the decision in conjoint between the consumer and the utility company. As a complement, it was developed mechanisms to make possible to consider disperse generation on the planning of distribution systems expansion. It was also made an evaluation of the factors that restrict the expansion of the disperse generation in Brazil. This thesis focus the analysis considering the utility company impacts, what is not used in Brazil but has a large potential of application.

Neste trabalho, apresenta-se um método para o Planejamento de Redes de Distribuição Secundária. O modelo básico desenvolvido baseia-se em técnica de programação dinâmica a fim de selecionar a política de evolução de trocas de transformadores de distribuição e rede secundária, com mínimo custo operacional dentro de limites de qualidade de serviço, para o atendimento de carga crescente no tempo em uma área de estudo restrita. Inicialmente, apresenta-se a filosofia básica do método, incluindo-se os dados necessários, critérios de planejamento e metodologia para o cálculo elétrico de redes secundárias. Em sequência, são apresentados três modelos para a solução do problema; tais modelos são diferenciados pela eliminação progressiva de hipóteses simplificativas. Nos dois primeiros modelos, a carga e seu crescimento são supostos uniformemente distribuídos ao longo dos trechos da rede secundária. No terceiro modelo, a distribuição da carga dos pontos presentes na rede secundária, durante o período de estudo, é estabelecida por procedimento randômico, com o único vínculo de serem mantidos os mercados globais de demanda e número de consumidores na área em estudo. Posteriormente, estabelece-se um exemplo de aplicação que permite proceder à comparação entre os três modelos desenvolvidos. Finalizando o trabalho, são estabelecidas as conclusões, possibilidades de aplicação do método em diversos estudos do sistema de Distribuição Secundária e são tecidos comentários sobre tópicos para ulterior desenvolvimento. / This work focuses on a method for the Planning of Secondary Distribution Systems. The basic model deals with dynamic programming in order to get an optimized design - Distribution Transformer and Secondaries - which presents the lowest operation cost within service quality limits in order to supply growing load on a restricted area. Initially the basic concepts of the method are presented, including the establishment of the data base, planning criteria and methodology in order to get operating conditions at secondary networks. Concerning this method, three computational models were established. These models differ form each other as far as some of the simplified hypothesis are eliminated. The first two models consider a uniform distribution of loads along the secondary system. The third model establishes a randomic distribution of loads on the restricted studying area. Following an application example, comparison is proceeded among the developed models. Eventually the conclusions, some possible applications of the method on Distribution system studies and research topics for further developments are settled.

Neste trabalho, apresenta-se um método para o Planejamento de Redes de Distribuição Secundária. O modelo básico desenvolvido baseia-se em técnica de programação dinâmica a fim de selecionar a política de evolução de trocas de transformadores de distribuição e rede secundária, com mínimo custo operacional dentro de limites de qualidade de serviço, para o atendimento de carga crescente no tempo em uma área de estudo restrita. Inicialmente, apresenta-se a filosofia básica do método, incluindo-se os dados necessários, critérios de planejamento e metodologia para o cálculo elétrico de redes secundárias. Em sequência, são apresentados três modelos para a solução do problema; tais modelos são diferenciados pela eliminação progressiva de hipóteses simplificativas. Nos dois primeiros modelos, a carga e seu crescimento são supostos uniformemente distribuídos ao longo dos trechos da rede secundária. No terceiro modelo, a distribuição da carga dos pontos presentes na rede secundária, durante o período de estudo, é estabelecida por procedimento randômico, com o único vínculo de serem mantidos os mercados globais de demanda e número de consumidores na área em estudo. Posteriormente, estabelece-se um exemplo de aplicação que permite proceder à comparação entre os três modelos desenvolvidos. Finalizando o trabalho, são estabelecidas as conclusões, possibilidades de aplicação do método em diversos estudos do sistema de Distribuição Secundária e são tecidos comentários sobre tópicos para ulterior desenvolvimento. / This work focuses on a method for the Planning of Secondary Distribution Systems. The basic model deals with dynamic programming in order to get an optimized design - Distribution Transformer and Secondaries - which presents the lowest operation cost within service quality limits in order to supply growing load on a restricted area. Initially the basic concepts of the method are presented, including the establishment of the data base, planning criteria and methodology in order to get operating conditions at secondary networks. Concerning this method, three computational models were established. These models differ form each other as far as some of the simplified hypothesis are eliminated. The first two models consider a uniform distribution of loads along the secondary system. The third model establishes a randomic distribution of loads on the restricted studying area. Following an application example, comparison is proceeded among the developed models. Eventually the conclusions, some possible applications of the method on Distribution system studies and research topics for further developments are settled.

Despite the growing movement of the share of renewable sources in the global energy matrix, the weight of sources such as natural gas, coal and petroleum derivatives is considerably significant. In this respect, the need for diversification of the energy matrix is evident and urgent, mainly due to the growing demand for energy, and requires appropriate planning of the matrix transition process in order to attend the growing demand on a sustainable basis and in a balanced way. Being the Distributed Generation (DG) a viable and real alternative to contribute to this scenario favorably, beyond the amount of intrinsic variables to DG that can impact positively or negatively on the electrical system, the development of methods and tools to support the usual techniques of planning need to be reviewed. In this sense, it is proposed in this study a methodology for mapping and prioritizing of DG sources from renewable resources, to support the new perspective of distribution planning. The focus is given to the wind power, photovoltaic, hydro and biomass, dealt in the current literature as the most promising for diversification of energy sources. The methodology includes the realization of a mapping of available energy resources in an enclosed area for study, indicating the most favorable places of exploitation. Documents already established concerning energy potential, such as atlas and energy balances, are used as reference information for the mapping. Once mapped the resources available, it is estimated the energy capacity that they represent, through methods and equations which consider the main variables to estimate the potential of each source. The methodology also includes a step of prioritization of mapped sources from multiple quantitative and qualitative criteria, to indicate the best form of participation of them in two different perspectives of analysis. The first one under the point of view of electric utilities, with the focus on the potential use to support the system expansion and operation, and the second one from the perspective of investors, aimed at exploitation the potential for expansion of its generation mix. For the multi-criteria approach of prioritizing the sources it is used the Analytic Hierarchy Process (AHP) method. The modeling is applied as a case study from the area of operation of a electric utility in the state of Rio Grande do Sul. / Apesar do movimento crescente da participação de renováveis na matriz energética global, o peso de fontes como gás natural, carvão e derivados do petróleo é consideravelmente significativo. Neste aspecto, a necessidade de diversificação da matriz elétrica é notória e urgente, principalmente pela demanda crescente por energia, e requer um planejamento adequado do processo de transição da matriz, de modo a atender o crescimento de demanda em bases sustentáveis e de forma equilibrada. Sendo a Geração Distribuída (GD) uma alternativa viável e concreta para contribuir favoravelmente com esse cenário, e ainda, considerando a quantidade de variáveis intrínsecas à GD que podem impactar positiva ou negativamente no sistema elétrico, o desenvolvimento de métodos e ferramentas para suporte às técnicas usuais de planejamento precisam ser revistos. Neste sentido, propõe-se nesse estudo uma metodologia para mapeamento e priorização de fontes de GD a partir de recursos renováveis para suporte à nova ótica de planejar a distribuição. O foco é dado para as fontes eólica, fotovoltaica, hídrica e biomassa, abordadas na literatura atual como as mais promissoras para diversificação da matriz energética. A metodologia contempla a realização de um mapeamento dos recursos energéticos disponíveis em uma área delimitada para estudo, indicando os pontos mais favoráveis de aproveitamento. Utilizam-se como referências de informações para o mapeamento, documentos já consolidados relativos ao potencial energético, tais como, atlas e balanços energéticos. Uma vez mapeado os recursos disponíveis, estima-se a capacidade energética que os mesmos representam, através de métodos e equacionamentos que consideram as variáveis principais de estimação do potencial de cada fonte. A metodologia contempla ainda a etapa de priorização das fontes mapeadas, a partir de múltiplos critérios de ordem quantitativa e qualitativa, de modo a indicar a melhor forma de participação das fontes em duas perspectivas distintas de análise. A primeira sob o ponto de vista da distribuidora, com o foco no aproveitamento do potencial para suporte à expansão e operação do sistema, e a segunda sob a ótica dos investidores, voltada para o aproveitamento do potencial para expansão do seu mix de geração. Para a abordagem multicritério de priorização das fontes utiliza-se o método Analytic Hierarchy Process (AHP). A modelagem é aplicada a partir de um estudo de caso desenvolvido na área de atuação de uma distribuidora de energia do estado do Rio Grande do Sul.

The Decision-making in the activities in the electricity sector is an exercise considered indispensable to achieve the strategic objectives of the companies, especially with regard to medium and large investments aiming effective solutions of short, medium and long term for the power system. In this respect, decision-making methodologies are used at different levels of planning within any company in the industry. The electricity distribution companies, due to its large amount of assets and large concession areas, face these problems daily, in programming of maintenance activities, service in contingencies, expansion, among others. With regard to the planning of the system expansion, among the problems of charging voltage level equipment and the MT network, there are a number of solutions that may be analyzed and determined in accordance with cost-benefit. Glimpsing determine properly and optimally the best solutions for a given electrical system, this paper proposes the use of AHP (Analytic Hierarchy Process) to aid decision making and prioritization of works. The methodology allows encompass qualitative and quantitative criteria, based on the opinion of experts and statistical data. Among the criteria considered for the application of the methodology are the operating gain of the work with respect to technical losses, loading of the cables of the feeders, voltage level indicators and continuity of electricity supply, as well as physical and financial aspects related to extension feeders and total cost of the work. The technical results of each proposed solution are simulated by Interplan® software, which performs the power flow calculations by BFS methodology (Backward Forward Sweep), widely used in radial systems of power distribution. Based on the definition of these criteria, can be determined by applying the AHP the best solution for a given region. Among the alternatives of works are the installation of new equipment, renovation of networks, construction of new feeders and substations. The main contribution of this work is the possibility of using the model developed for other cases that have the same objective, through the adoption of standard criteria. / A tomada de decisão em atividades no setor elétrico é um exercício considerado indispensável para alcançar os objetivos estratégicos das empresas, principalmente no que diz respeito aos investimentos de médio e grande porte visando soluções eficazes de curto, médio e longo prazo para o sistema de potência. Nesse aspecto, metodologias de auxílio à tomada de decisão são utilizadas nos diferentes níveis de planejamento dentro de qualquer empresa do setor. As concessionárias de distribuição de energia elétrica, devido a sua grande quantidade de ativos e amplas áreas de concessão, enfrentam esses problemas diariamente, na programação das atividades de manutenção, atendimentos emergenciais, expansão, entre outras. No que diz respeito ao planejamento da expansão do sistema, entre os problemas de carregamento de equipamentos e níveis de tensão nas redes MT (Média Tensão), existem uma série de soluções que podem ser analisadas e definidas de acordo com o custo-benefício. Vislumbrando determinar de forma adequada e otimizada as melhores soluções para um determinado sistema elétrico, este trabalho propõe a utilização do método AHP (Analytic Hierarchy Process) para auxílio à tomada de decisão e priorização de obras. A metodologia permite englobar critérios qualitativos e quantitativos, considerando a opinião de especialistas e dados estatísticos. Entre os critérios considerados para a aplicação da metodologia estão o ganho operacional da obra com relação às perdas técnicas, carregamento dos condutores nos alimentadores, indicadores de nível de tensão e continuidade no fornecimento de energia elétrica, assim como aspectos físicos e financeiros, relacionados à extensão dos alimentadores e custo total da obra. Os resultados técnicos de cada solução proposta são simulados pelo software Interplan®, que realiza os cálculos de fluxo de potência através da metodologia BFS (Backward Forward Sweep), muito utilizada em sistemas radiais de distribuição de energia elétrica. Com base na definição desses critérios, é possível determinar através da aplicação do AHP qual a melhor solução para uma determinada região. Entre as alternativas de obras estão a instalação de novos equipamentos, recondutoramentos e construção de novos alimentadores e subestações. A principal contribuição deste trabalho é a possibilidade da utilização do modelo desenvolvido para outros casos que tenham este mesmo foco, através da adoção de critérios padrão.