Neste trabalho a família de métodos de pontos interiores barreira logarítmica é desenvolvida para o problema de regressão pela norma Lp e a estrutura matricial resultante é explorada objetivando uma implementação eficiente. Apresentamos alguns conceitos sobre métodos de pontos interiores necessários para o desenvolvimento do método e descrevemos um método de convergência quadrática previamente conhecido. Uma implementação em Matlab dos métodos de pontos interiores desenvolvidos é comparada com uma implementação do método quadrático existente, obtendo desempenho computacional superior. / In this work the family of logarithmic barrier interior point methods is developed for the norm Lp fitting problem and the resultant matrix structure is exploited in order to have an efficient implementation. We introduce some concepts about interior point methods necessary for the development of the method and describe a previously known quadratic convergent problem. An implementation in Matlab of the interior point methods developed is compared with an implementation of the known quadratic method obtaining better computational performance.

Orientadores: Secundino Soares Filho, Aurelio Ribeiro Leite de Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-12T10:09:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Coelho_MaykVieira_M.pdf: 4740036 bytes, checksum: d26ebcd270a5b52dd64b6186dd2720d0 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Na eventualidade de uma contingência, com a perda de unidades de geração em um sistema de potência, podem ser verificados desequilíbrios no conjunto carga-geração. Nestas situações torna,-se necessário o emprego de medidas corretivas que eliminem estas violações operativas, reconduzindo o sistema a um ponto de operação seguro. Visando obter este nível de segurança, o método de pontos interiores primal-dual é desenvolvido para o problema de minimização das perdas na geração e transmissão do fluxo de potência ótimo CC de um sistema de potência hidrotérmico considerando restrições de reserva de potência operacional. Em outras palavras, o serviço anciliar de reserva será provido por geradores conectados à rede elétrica e sincronizados com o sistema, com objetivo de disponibilizar uma quantidade extra de potência ativa, que pode ser imediatamente utilizada durante uma situação de contingência para restabelecer o equilíbrio no conjunto carga-geração. É feita também uma comparação com o modelo sem tais restrições de reserva. / Abstract: In the eventuality of a contingency, with the loss of units of generation in a power system, unbalances cqn be verified in the group load-generation. In such situations, corrective measuresthat eliminate these operative violations are necessary in order to lead the system to a safe operation point. Seeking to obtain this leveI of safety, the primal-dual interior point method is developed for tlie problem of minimization of the losses in the generation and transmission DC power flow of a hidrotermic power system considering operational reserve restrictions. In other words, the service reselv~ anciliar will be provided by connected generators to the electric network and synchronized with the'. system, with the goal of making available an extra amount of active power, that can be immediately used during a contingency situation to reestablish the balance in the group load-generation. A comparison with the model without such reserve restrictions is aIs o performed. / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Carla Taviane Lucke da Silva Ghidini, Aurelio Ribeiro Leite de Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-26T07:23:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_Marileneda_M.pdf: 942860 bytes, checksum: 97260f526fda7ee0cb3346887580c3fa (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Neste trabalho, consideramos o método preditor-corretor, que é uma das variantes mais importantes dos métodos de pontos interiores devido à sua eficiência e convergência rápida. No método preditor-corretor, é preciso resolver dois sistemas lineares a cada iteração para determinar a direção preditora-corretora. A resolução desses sistemas é o passo que requer mais tempo de processamento, devendo, assim, ser realizada de maneira eficiente. Para obter a solução dos sistemas lineares do método preditor-corretor, consideramos dois métodos do subespaço de Krylov: MINRES e GC (método dos gradientes conjugados). Para que esses métodos convirjam mais rapidamente, um precondicionador especialmente desenvolvido para os sistemas lineares oriundos dos métodos de pontos interiores é usado. Experimentos computacionais, em um conjunto variado de problemas de programação linear, foram realizados com o intuito de analisar a eficiência e robustez dos métodos de solução dos sistemas lineares / Abstract: In this work, we consider the predictor-corrector method, which is one of the most important variants of interior point methods due to its efficiency and fast convergence. In the predictor-corrector method, we must solve two linear systems at each iteration to determine the predictor-corrector direction. The solution of these systems is the step that requires more processing time and should therefore be performed efficiently. For the solution of linear systems are two Krylov subspace methods considered: MINRES and CG(the conjugate-gradient method). For these methods a preconditioner specially developed for linear systems arising from interior point methods is used. Computational experiments on a set of linear programming problems were performed in order to analyze the efficiency and robustness of the methods when solving such linear systems / Mestrado / Matematica Aplicada / Mestra em Matemática Aplicada

Orientadores: Anésio dos Santos Júnior, Aurélio Ribeiro Leite de Oliveira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-22T21:39:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Coelho_MaykVieira_D.pdf: 1089810 bytes, checksum: a206088c026506575b18652749d20fbf (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Os métodos de pontos interiores apresentam bons resultados na resolução de problemas de fluxo de potência ótimo CC, porém, podem sofrer problemas numéricos quando variáveis de decisão permanecem, por diversas iterações, próximas a valores de fronteira, influenciando na convergência do método, aumentando o número de iterações, ou mesmo não convergindo. Estes erros numéricos podem ocorrem com mais frequência quando há sobrecargas de geração e/ou transmissão no sistema, pois variáveis de decisão atingem seus limites rapidamente. Além disso, tais sobrecargas podem ocasionar blackouts devido à incapacidade de satisfazer a demanda ou mesmo de transmitir a carga gerada. A fim de eliminar estas dificuldades destes métodos, é proposta uma troca de função barreira, substituindo a barreira logarítmica clássica pela barreira logarítmica modificada. Esta mudança, além de sanar as dificuldades com variáveis próximas a valores de fronteira, permite que haja violações controladas em algumas restrições de desigualdade, podendo ser utilizada na resolução de problemas como os de fluxo de potência ótimo com sobrecargas. Deste modo, são feitos estudos sobre as mudanças provocadas pelo uso da função barreira logarítmica modificada em problemas de programação linear e em problemas cuja função objetivo seja quadrática e separável. Em seguida é apresentada uma formulação deste método para problemas de fluxo de potência ótimo via fluxo em redes. Estudos de casos são feitos simulando sobrecargas em sistemas da base IEEE, e em sistemas brasileiros SSE810, SSE1654, SSE1732 e BRASIL / Abstract: The interior point methods have good results in solving problems DC optimal power flow, however, may suffer from numerical problems when the decision variables remain, for several iterations, near the boundary value, influencing the convergence of the method by increasing the number of iterations, or even not converging. These numerical errors may occur when there are overloads of generation and/or transmission in the system, because decision variables reach their limits quickly. Moreover, such overloads may cause blackouts due to the failure to meet the demand or to forward the generated load. In order to eliminate these difficulties these methods, we propose a change of classical barrier function by modified logarithmic barrier. This change, in addition to remedy the difficulties with variable near the boundary, allows for controlled violations in some inequality constraints. This idea can be used in solving problems such as optimal power flow with overloads. Thus, studies about changes caused by the use of modified logarithmic barrier function are made in linear programming problems and problems whose objective function is quadratic and separable. Then we present a formulation of this method to problems of optimal power flow via network flow. Case studies are done by simulating overload in systems IEEE, and Brazilian systems SSE810, SSE1654, SSE1732 and BRAZIL / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Francisco de Assis Magalhães Gomes Neto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-24T00:24:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Siqueira_AbelSoares_D.pdf: 1465105 bytes, checksum: 2cba750df9607e9cb37b5799b157c850 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Uma maneira de resolver problemas gerais de programação não linear é utilizar estratégias de passos compostos. Essas estratégias normalmente combinam um passo tangente às restrições e um passo normal, alternando entre a diminuição da função objetivo e da norma da infactibilidade. Esse tipo de método exige o controle dos passos ou dos iterandos, para que não se perca o progresso de um vii passo no outro. Apresentaremos uma extensão do método de Controle Dinâmico da Infactibilidade, que utiliza uma estratégia de controle de passos chamado de Cilindros de Confiança. Esse método foi desenvolvido para problemas com restrições apenas de igualdade, e nossa extensão lida com restrições gerais. Mostraremos testes numéricos comparando nosso método com um método do mesmo tipo / Abstract: One way to solve general nonlinear programming problems is the composite-step strategies. These strategies usually combine a step tangent to the constraints and a normal step, alternating between reducing the objective function value and the norm of the infeasibility. This kind of method requires the control of the steps or the iterates, in order to prevent one step from destroying the progress of another. We will present an extension of the Dynamic Control of Infeasibility method, which utilizes a strategy to control the steps known as Trust Cylinders. This method was originally designed for problems with equality contraints only, and our extension will handle general constraints. We'll show numerical experiments comparing our method with another composite-step method / Doutorado / Matematica Aplicada / Doutor em Matemática Aplicada

Neste trabalho propomos uma abordagem que utiliza o método de barreira modificada/penalidade para a resolução de problemas restritos gerais de otimização. Para isso, foram obtidos dados teóricos, a partir de um levantamento bibliográfico, que explicitaram os métodos primal-dual barreira logarítmica e método de barreira modificada. Nesta abordagem, as restrições de desigualdade canalizadas são tratadas pela função barreira de Frisch modificada, ou por uma extrapolação quadrática e as restrições de igualdade do problema através da função Lagrangiana. A implementação consiste num duplo estágio de aproximação: um ciclo externo, onde o problema restrito é convertido em um problema irrestrito, usando a função Lagrangiana barreira modificada/penalidade; e um ciclo interno, onde o método de Newton é utilizado para a atualização das variáveis primais e duais. É apresentada também uma função barreira clássica extrapolada para a inicialização dos multiplicadores de Lagrange. A eficiência do método foi verificada utilizando um problema teste e em problemas de fluxo de potência ótimo (FPO). / In this paper, we propose an approach that utilizes the penalty/modified barrier method to solve the general constrained problems. On this purpose, theoretical data were obtained, from a bibliographical review, which enlightened the logarithmic barrier primal-dual method and modified barrier method. In this approach, the bound constraints are handled by the modified log-barrier function, or by quadratic extrapolation and the equality constraints of the problem through Lagrangian function. The method, as implemented, consists of a two-stage approach: an outer cycle, where the constrained problem is transformed into unconstrained problem, using penalty/modified barrier Lagrangian function; and an inner cycle, where the Newton\'s method is used for update the primal and dual variables. Also, it is presented a classical barrier extrapolated function for initialization of Lagrange multipliers. The effectiveness of the proposed approach has been examined by solving a test problem and optimal power flow problems (OPF).

Linear optimization tools are used to solve many problems that arise in our day-to-day lives. The linear optimization models and methodologies help to find, for example, the best amount of ingredients in our food, the most suitable routes and timetables for the buses and trains we take, and the right way to invest our savings. We would cite many other situations that involves linear optimization, since a large number of companies around the world base their decisions in solutions which are provided by the linear optimization methodologies. In this thesis, we propose theoretical and computational developments to improve the performance of important linear optimization methods. Namely, we address simplex type methods, interior point methods, the column generation technique and the branch-and-price method. In simplex-type methods, we investigate a variant which exploits special features of problems which are formulated in the general form. We present a novel theoretical description of the method and propose how to efficiently implement this method in practice. Furthermore, we propose how to use the primal-dual interior point method to improve the column generation technique. This results in the primal-dual column generation method, which is more stable in practice and has a better overall performance in relation to other column generation strategies. The primal-dual interior point method also oers advantageous features which can be exploited in the context of the branch-and-price method. We show that these features improves the branching operation and the generation of columns and valid inequalities. For all the strategies which are proposed in this thesis, we present the results of computational experiments which involves publicly available, well-known instances from the literature. The results indicate that these strategies help to improve the performance of the linear optimization methodologies. In particular for a class of problems, namely the vehicle routing problem with time windows, the interior point branch-and-price method proposed in this study was up to 33 times faster than a state-of-the-art implementation available in the literature / Ferramentas de otimização linear são usadas para resolver diversos problemas do nosso dia-a- dia. Os modelos e as metodologias de otimização linear ajudam a obter, por exemplo, a melhor quantidade de ingredientes na nossa alimentação, os horários e as rotas de ônibus e trens que tomamos, e a maneira certa para investir nossas economias. Muitas outras situações que envolvem otimização linear poderiam ser aqui citadas, já que um grande número de empresas em todo o mundo baseia suas decisões em soluções obtidas pelos métodos de otimização linear. Nesta tese, são propostos desenvolvimentos teóricos e computacionais para melhorar o desempenho de métodos de otimização linear. Em particular, serão abordados métodos tipo simplex, métodos de pontos interiores, a técnica de geração de colunas e o método branch-and-price. Em métodos tipo simplex, é investigada uma variante que explora as características especiais de problemas formulados na forma geral. Uma nova descrição teórica do método é apresentada e, também, são propostas técnicas computacionais para a implementação eciente do método. Além disso, propõe-se como utilizar o método primal-dual de pontos interiores para melhorar a técnica de geração de colunas. Isto resulta no método primal-dual de geração de colunas, que é mais estável na prática e tem melhor desempenho geral em relação a outras estratégias de geração de colunas. O método primal-dual de pontos interiores também oferece características vantajosas que podem ser exploradas em conjunto com o método branch-and-price. De acordo com a investigação realizada, estas características melhoram a operação de ramificação e a geração de colunas e de desigualdades válidas. Para todas as estratégias propostas neste trabalho, são apresentados os resultados de experimentos computacionais envolvendo problemas de teste bem conhecidos e disponíveis publicamente. Os resultados indicam que as estratégias propostas ajudam a melhorar o desempenho das metodologias de otimização linear. Em particular para uma classe de problemas, o problema de roteamento de veículos com janelas de tempo, o método branch-and-price de pontos interiores proposto neste estudo foi até 33 vezes mais rápido que uma implementação estado-da-arte disponível na literatura

Neste trabalho, os métodos de pontos interiores primal-dual e preditor corretor são estudados e desenvolvidos para o problema de minimização de custos na geração e perdas na transmissão do pré-despacho DC (fluxo de carga em corrente contínua) de um sistema de potência hidroelétrico, com base no modelo de fluxo em redes e no princípio do mínimo esforço. A estrutura matricial, resultante da simplificação do problema proposto pela inclusão do princípio do mínimo esforço, é estudada visando implementações eficientes. / In this work, the primal-dual and predictor corrector interior points methods are studied and developed for the predispatch DC problem that minimizes generation and transmission losses on hydroelectric power systems, on the basis of the network flow model and the minimum effort principle. The matrix structure, resulting of the simplification of the problem considered by inclusion of the minimum effort principle, is studied aiming efficient implementations. A disturbed primal-dual method is considered on the basis of a heuristic definition that determine the choice of the disturbance parameter. This method showed to be efficient in practice and converged in fewer iterations when compare with an existing implementation of the network flow model.

Neste trabalho, propomos um método de pontos interiores para minimização com restrições lineares de grande porte. Este método explora a linearidade das restrições, partindo de um ponto viável e preservando a viabilidade dos iterandos. Apresentamos os principais resultados de convergência global, além de uma descrição rica em detalhes de uma implementação prática de todos os passos do método. Para atestar a implementação do método, exibimos uma ampla experimentação numérica, e uma análise comparativa com métodos bem difundidos na comunidade de otimização contínua. / In this work, we propose an interior-point method for large-scale linearly constrained optimization. This method explores the linearity of the constraints, starting from a feasible point and preserving the feasibility of the iterates. We present the main global convergence results, together with a rich description of the implementation details of all the steps of the method. To validate the implementation of the method, we present a wide set of numerical experiments and a comparative analysis with well known softwares of the continuous optimization community.

Este trabalho propõe o desenvolvimento de uma nova abordagem para a resolução do problema de planejamento de reativos em sistemas elétricos de potência. Um levantamento bibliográfico para explicitar as diferentes pesquisas realizadas nesta área foi feito. Este trabalho utiliza os multiplicadores de Lagrange obtidos da solução de um fluxo de potência ótimo, via método dos Pontos Interiores, para determinar as barras onde serão alocados reativos. A partir da determinação destas barras, um problema de programação linear para quantificar a potência reativa a ser alocada, é resolvido. Foram realizados estudos para validação e verificação da abordagem proposta nos sistemas WARD & HALE de 6 barras, sistema de 8 barras, sistema IEEE 30 e 118 barras. / The present dissertation proposes the development of a novel approach to the solution of reactive planning problem in electrical power systems. A bibliographical survey to show the different researches developed in this area was done. This study uses langrange multipliers obtained from the optimal power flow solution, through interior point method, to determine the buses where reactive power will be allocated. Starting from the determination of these buses, a linear programming problem is solved to quantify the reactive power to be allocated. Studies were carried ou for the proposed approach validation and verification in the systems Ward & Hale of 6 buses, system of 8 buses, systems IEEE of 30 and 118 buses.