O presente trabalho propõe o desenvolvimento de uma metodologia de valoração da reserva de potência ativa e do suporte de potência reativa a partir de plantas hidroelétricas. Inicialmente foi apresentado um histórico que descreveu o que foi definido e regulamentado sobre estes serviços em diferentes mercados de energia. Em seguida, com o objetivo de valorar o serviço de reserva de potência ativa foi realizada a mensuração da perda de eficiência, resultante do fornecimento deste serviço, que após convertida em MWh foi relacionada à perda de oportunidade, caso essa energia fosse comercializada no mercado de energia. Para a valoração do suporte de potência reativa foi utilizada a teoria de Fluxo de Potência Ótimo com objetivo de minimizar as perdas do sistema e relacionar essa minimização à redução do suporte de potência reativa. Em seguida, foi apresentada uma metodologia de valoração e alocação dos custos do suporte de potência reativa entre as barras responsáveis pela necessidade adicional deste suporte. Foram realizados vários testes para validação e verificação das metodologias propostas. / The present study proposes valuation methodologies for the spinning reserve and for the reactive power support regarding hydroelectric plants. Initially, a revision describing what was defined and regulated on these services in different energy markets is presented. In order to valuate the spinning reserve service, the measurement of efficiency losses stemming from this service supply was done. Thereafter, the efficiency losses were converted into MWh and related to the opportunity loss, in case this energy was commercialized in the energy market. As for the reactive power support valuation, the Optimal Power Flow was used. The objective was to minimize the system losses and relate such a minimization to the reactive power support. Subsequently, methodologies for the reactive power support costs and for the cost allocation among the responsible buses for additional requirement of this support are also presented. Various tests to validate and verify the above mentioned methodologies were carried out.

O presente trabalho propõe o desenvolvimento de uma metodologia de valoração da reserva de potência ativa e do suporte de potência reativa a partir de plantas hidroelétricas. Inicialmente foi apresentado um histórico que descreveu o que foi definido e regulamentado sobre estes serviços em diferentes mercados de energia. Em seguida, com o objetivo de valorar o serviço de reserva de potência ativa foi realizada a mensuração da perda de eficiência, resultante do fornecimento deste serviço, que após convertida em MWh foi relacionada à perda de oportunidade, caso essa energia fosse comercializada no mercado de energia. Para a valoração do suporte de potência reativa foi utilizada a teoria de Fluxo de Potência Ótimo com objetivo de minimizar as perdas do sistema e relacionar essa minimização à redução do suporte de potência reativa. Em seguida, foi apresentada uma metodologia de valoração e alocação dos custos do suporte de potência reativa entre as barras responsáveis pela necessidade adicional deste suporte. Foram realizados vários testes para validação e verificação das metodologias propostas. / The present study proposes valuation methodologies for the spinning reserve and for the reactive power support regarding hydroelectric plants. Initially, a revision describing what was defined and regulated on these services in different energy markets is presented. In order to valuate the spinning reserve service, the measurement of efficiency losses stemming from this service supply was done. Thereafter, the efficiency losses were converted into MWh and related to the opportunity loss, in case this energy was commercialized in the energy market. As for the reactive power support valuation, the Optimal Power Flow was used. The objective was to minimize the system losses and relate such a minimization to the reactive power support. Subsequently, methodologies for the reactive power support costs and for the cost allocation among the responsible buses for additional requirement of this support are also presented. Various tests to validate and verify the above mentioned methodologies were carried out.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2018-11-06T17:02:42Z No. of bitstreams: 1 marcelodesouzaaleixo.pdf: 2786878 bytes, checksum: dfbd57d9b8be2153917fe637209df9f0 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-11-23T13:19:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 marcelodesouzaaleixo.pdf: 2786878 bytes, checksum: dfbd57d9b8be2153917fe637209df9f0 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-23T13:19:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 marcelodesouzaaleixo.pdf: 2786878 bytes, checksum: dfbd57d9b8be2153917fe637209df9f0 (MD5) Previous issue date: 2018-06-29 / Este trabalho apresenta uma metodologia para cálculo da reserva girante do sistema elétrico de potência. A proposta inclui a curva de capabilidade dos geradores bem como cenários de carga e de geração eólica bem como falhas no sistema de geração e transmissão. O fluxo de potência ótimo é utilizado para determinar as condições iniciais do sistema, caso base. A partir daí o problema é resolvido de forma interativa entre dois estágios em umaestruturamestreeescravo: Oproblemamestreutilizaprogramaçãolinearinteirapara determinar o número mínimo de unidades de geração disponíveis (ligadas); O problema escravo verifica se o número de unidades ligadas é suficiente para operação do sistema. Este problema corresponde ao Fluxo de Potência Ótimo com o objetivo de obter o mínimo corte de carga para cada condição operativa. O corte de Benders é produzido para cada cenário, altenativamente, será investigado a utilização da média dos cortes de Benders. O processo termina quando não ocorrer corte de carga. A metodologia é testada utilizando um sistema teste de 4 barras como exemplo tutorial e também aplicada nos sistemas IEEE 14, 39 e 118 barras. / This work presents a methodology for calculating the spinning reserve of the electric power system. The proposal includes the capability curve of the generators as well as errors of prediction of load, wind generation, failures in the system of generation and transmission. The optimal power flow is used to determine the initial conditions of the system, base case. From this point the problem is solved interactively between two stages in a master and slave structure: The first uses integer linear programming to determine the minimum number of available (turn on) generation units; The second corresponds to the Optimum Power Flow with the purpose of obtaining the minimum load shedding for each operative condition. The cut of Benders is produced for each scenario, alternatively, the use of the average of cuts will be investigated. The process ends when there is no load shedding. The methodology is tested using a 4-bar test system as a tutorial example and also applied in IEEE systems 14, 39 and 118 bars.

[pt] A reserva girante é a parcela da reserva operativa provida por geradores sincronizados, e interligados à rede de transmissão, aptos a suprir a demanda na ocorrência de falhas de unidades de geração, erros na previsão da demanda, variações de capacidade de fontes renováveis ou qualquer outro fator inesperado. Dada sua característica estocástica, essa parcela da reserva operativa é mais adequadamente avaliada por meio de métodos capazes de representar as incertezas inerentes ao seu dimensionamento e planejamento. Por meio do risco de corte de carga é possível comparar e classificar distintas configurações do sistema elétrico, garantindo a não violação dos requisitos de confiabilidade. Sistemas com elevada penetração de fontes renováveis apresentam comportamento mais complexo devido ao aumento das incertezas envolvidas, à forte dependência de fatores energético-climáticos e às variações de capacidade destas fontes. Para avaliar as correlações temporais e representar a cronologia de ocorrência dos eventos no curto-prazo, um estimador baseado na Simulação Monte Carlo Quase Sequencial é apresentado. Nos estudos de planejamento da operação de curto-prazo o horizonte em análise é de minutos a algumas horas. Nestes casos, a ocorrência de falhas em equipamentos pode apresentar baixa probabilidade e contingências que causam corte de carga podem ser raras. Considerando a raridade destes eventos, as avaliações de risco são baseadas em técnicas de amostragem por importância. Os parâmetros de simulação são obtidos por um processo numérico adaptativo de otimização estocástica, utilizando os conceitos de Entropia Cruzada. Este trabalho apresenta uma metodologia de avaliação dos montantes de reserva girante em sistemas com participação de fontes renováveis, em uma abordagem multiárea. O risco de perda de carga é estimado considerando falhas nos sistemas de geração e transmissão, observando as restrições de transporte e os limites de intercâmbio de potência entre as diversas áreas elétricas. / [en] The spinning reserve is the portion of the operational reserve provided by synchronized generators and connected to the transmission network, capable of supplying the demand considering generating unit failures, errors in load forecasting, capacity intermittency of renewable sources or any other unexpected factor. Given its stochastic characteristic, this portion of the operating reserve is more adequately evaluated through methods capable of modeling the uncertainties inherent in its design and planning. Based on the loss of load risk, it is possible to compare different configurations of the electrical system, ensuring the non-violation of reliability requirements. Systems with high penetration of renewable sources present a more complex behavior due to the number of uncertainties involved, strong dependence of energy-climatic factors and variations in the capacity of these sources. In order to evaluate the temporal correlations and to represent the chronology of occurrence of events in the short term, an estimator based on quasi-sequential Monte Carlo simulation is presented. In short-term operation planning studies, the horizon under analysis is from minutes to a few hours. In these cases, the occurrence of equipment failures may present low probability and contingencies that cause load shedding may be rare. Considering the rarity of these events, risk assessments are based on importance sampling techniques. The simulation parameters are obtained by an adaptive numerical process of stochastic optimization, using the concept of Cross Entropy. This thesis presents a methodology for evaluating the amounts of spinning reserve in systems with high penetration of renewable sources, in a multi-area approach. The risk of loss of load is estimated considering failures in the generation and transmission systems, observing the network restrictions and the power exchange limits between the different electric areas.