A importância do planejamento de sistemas hidrotérmicos é largamente reconhecida. A questão constitui-se em um complicado problema de otimização que envolve aspectos não-lineares e estocásticos, e que se torna mais complexo quando várias usinas são consideradas em conjunto, em virtude da ocorrência de interações. Apesar de se conhecerem formalizações teóricas do problema e da solução, a complexidade acarreta sérios entraves computacionais e muitas vezes consideram-se apenas cenários simplificados, como o determinístico ou estocástico com um modelo de reservatório equivalente. Este trabalho tem como objetivo conciliar a facilidade numérica de problemas determinísticos com a consideração indireta da natureza estocástica do problema. Com esta finalidade, propõe-se o uso de um funcional de custo que reflete o risco de vertimento a cada período. Outra linha estudada neste trabalho foi a de rastreamento de alvo utilizando a técnica de controle Linear Quadrático (LQ). A eficácia das estratégias propostas é avaliada através de diversos casos de estudo, incluindo comparação com o planejamento determinístico usual / The scheduling of hydrothermal systems is an important and challenging problem. In fact, the problem is complex since it involves the optimization of a cost functional related to a nonlinear and stochastic system. Although mathematical formulations of the problem are available, there are computational issues (as the course of dimensionality in dynamical programming) that make difficult to obtain the solution. In this situation, some simplifyied equivalent models or deterministic formulations were considered in the literature, which are simpler to deal with. The aim of this work is to obtain a solution thet presents the ease of computaion of deterministic models and, simultaneously, it reflects the stochastic nature of the problem, at some extension. The strategy consists of taking into account a cost functional that is related to the risk of spillage at each period. Another strategy considered here is the linear quadratic control with a target. Several case estudies are presented, which employ different models for the stochastic inflow, allwing us to evaluate the effectiveness of the strategies and to compare them with the usual deterministic control

Made available in DSpace on 2014-07-29T12:05:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese ana.pdf: 3317264 bytes, checksum: 1b832f28771563b1839c5af29d886623 (MD5) Previous issue date: 2008-09-11 / Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma modelagem para inserção de restrição de qualidade de água ao planejamento da operação de sistemas hidrotérmicos de longo prazo. Considerar a qualidade da água no planejamento garante, o enfoque do uso múltiplo da água. O objetivo deste é explorar a sensibilidade do planejamento de sistemas hidrotérmicos à inserção de uma variável ambiental, focando a qualidade da água. Dentre os indicadores de qualidade da água, a escolha foi pela clorofila-a e aporte de fósforo estabelecendo uma relação com o volume do reservatório. / Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma modelagem para inserção de restrição de qualidade de água ao planejamento da operação de sistemas hidrotérmicos de longo prazo. Considerar a qualidade da água no planejamento garante, o enfoque do uso múltiplo da água. O objetivo deste é explorar a sensibilidade do planejamento de sistemas hidrotérmicos à inserção de uma variável ambiental, focando a qualidade da água. Dentre os indicadores de qualidade da água, a escolha foi pela clorofila-a e aporte de fósforo estabelecendo uma relação com o volume do reservatório.

Submitted by Cássia Santos (cassia.bcufg@gmail.com) on 2017-06-19T13:06:19Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Fernando Henrique Fernandes de Camargo - 2017.pdf: 1478139 bytes, checksum: 1a8dae23d70a76b9e72b96aae929d85e (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-07-10T12:28:25Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Fernando Henrique Fernandes de Camargo - 2017.pdf: 1478139 bytes, checksum: 1a8dae23d70a76b9e72b96aae929d85e (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-10T12:28:25Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Fernando Henrique Fernandes de Camargo - 2017.pdf: 1478139 bytes, checksum: 1a8dae23d70a76b9e72b96aae929d85e (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-03-20 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / For countries like Brazil, which has hybrid resources as the major source of electricity, the optimization of the operation of the hydroelectric plants is extremely important and it’s being studied recurrently. Adopting a known temporal decomposition model of this optimization problem, this dissertation is proposed to compare the best multiobjective algorithms of the current literature, applying them to the medium term planning of hydroelectric plants. After several experiments, two algorithms are selected as the best options. / Para um país como o Brasil, que tem seus recursos hídricos como maior fonte de geração de energia elétrica, a otimização da operação das usinas hidrelétricas é extremamente importante e vem sendo estudada de maneira recorrente. Adotando um conhecido modelo de decomposição temporal desse problema de otimização, esta dissertação propôe-se a realizar uma comparação entre os melhores algoritmos de otimização multiobjetivo da literatura atual, aplicado-os ao planejamento de médio prazo de usinas hidrelétricas. Após diversos experimentos realizados, dois algoritmos são selecionados como as melhores opções.

Neste trabalho estudamos um controlador denominado rastreador linear quadrático (RLQ) com custo médio de longo prazo (CMLP) para sistemas lineares com saltos markovianos (SLSM). Mostramos que o conceito de detetabilidade uniforme, juntamente com a hipótese de que o regulador linear quadrático associado ao RLQ tenha custo uniformemente limitado, são suficientes para que o controle obtido seja estabilizante em um certo sentido. A partir deste resultado, e considerando as mesmas hipóteses, demonstramos a existência do CMLP. Com isto, estendemos os resultados dispostos na literatura desde que consideramos um sistema variante no tempo e uma estrutura mais geral para a cadeia deMarkov. Além disto, avaliamos a aplicação deste controlador no planejamento da operação de um sistema hidrotérmico. Para isto, utilizamos o sistema de usinas do rio São Francisco, em dois casos de estudo, para comparar o desempenho do controlador estudado em relação à solução ótima para o problema, encontrada com o uso da programação dinâmica estocástica, e em relação à solução obtida via programação dinâmica determinística. Os resultados sugerem que o RLQ pode representar uma alternativa interessante para o problema de planejamento hidrotérmico / In the present work we study the reference tracking controller (RTC) for the long run average cost (LRAC) problem for Markov jump linear systems. We show that uniform detectability and an hypothesis that the linear quadratic regulator associated with the RTC has uniformly bounded cost, together, are sufficient conditions for the obtained control be exponentially stabilizing in a certain sense. This result allows us to demonstrate the existence of the LTAC under the same hypotheses. The results can be regarded as an extension of previous works, since we have considered a more general framework with time-varying systems and quite general Markov chains. As an applicatioin, we consider the operational planning of hydrothermal systems. We have considered some power plants of the Sao Francisco river, in two different scenarios, and we have compared the performances of the RTC and standard controls obtained by deterministic and stochastic dynamic programming, indicating that the RTC may be an interesting alternative for the hydrothermal planning problem

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.

Em função do crescente processo de liberalização dos mercados de gás natural e de energia elétrica nos países do hemisfério norte, bem como pelo aumento das restrições ambientais, as projeções de demanda mundial de gás natural indicam um forte crescimento, principalmente no segmento de geração de energia elétrica. Assim, pode-se afirmar que haverá uma convergência cada vez maior entre os mercados de gás natural e de eletricidade. O transporte do gás natural em sua forma liquefeita, o GNL (Gás Natural Liquefeito), representa um importante pivô para essa convergência, bem como para uma integração global crescente dos mercados de gás natural e eletricidade. Essas evoluções sempre estiveram distantes da realidade brasileira, pois a geração elétrica predominantemente hídrica historicamente reservou um papel limitado para a geração termelétrica. No entanto, desde 2001, como resultado da crise de abastecimento de energia elétrica, o Brasil também fez esforços importantes rumo a uma maior convergência entre os mercados de gás e eletricidade. Desde 2005, a importação de GNL tem sido analisada para o caso brasileiro, visando prioritariamente o atendimento de uma demanda termelétrica para o gás natural. A característica principal deste modelo é a necessidade de se garantir uma oferta de combustível flexível para usinas que deverão suprir uma demanda termelétrica igualmente flexível: oferta flexível para demanda flexível. A luz das evoluções em curso no mercado global, o presente trabalho avalia a viabilidade deste modelo a partir da análise das possibilidades do suprimento de GNL ser efetuado de forma flexível, atuando, assim, como mecanismo de flexibilização da oferta de gás natural e garantindo um melhor aproveitamento da capacidade de geração elétrica atualmente instalada no Brasil. / Due to the growth of liberalization process on natural gas and electricity markets on northern hemisphere countries, as well as due to raising environmental restrictions, world natural gas demand projections indicate a strong growth, mainly driven by the power generation segment. Therefore, we can affirm that will have an even higher convergence between natural gas and electricity markets. Natural gas transportation in its liquefied form, the LNG (Liquefied Natural Gas), represents an important pivot for this convergence, as well as for the raising global integration of electricity and natural gas markets. These evolutions were always distant from Brazilian reality, as dominant hydroelectric generation historically reserved a limited role for thermoelectric generation. However, since 2001, as a result from the electricity supply crisis, Brazil also did important efforts towards a greater convergence between natural gas and electricity markets. Since 2005, LNG importation has been analyzed for the Brazilian case, primarily focusing thermoelectric demand utilization for the natural gas. The main characteristic of this model is the necessity to guarantee a flexible fuel supply for power plants that shall supply an equally flexible thermoelectric demand: flexible supply for flexible demand. In light of the evolutions underway on the global market, this study evaluates the viability of this model based on the possibility of LNG supplies be done on flexible way, acting then as a natural gas supply flexibility mechanism and guaranteeing a better utilization of the thermoelectric generation capacity already installed in Brazil.

A participação da energia eólica na geração de energia elétrica tem apresentado incremento importante nos últimos anos e a tendência é de representar 11,6% da capacidade instalada brasileira em 2024, segundo a Empresa de Pesquisa Energética (EPE). Hoje, nos modelos de otimização para o despacho das usinas no atendimento da carga de energia do sistema, a energia eólica, assim como as pequenas centrais hidrelétricas e a energia a biomassa, são abatidas da carga de forma determinística, não representando a incerteza na produção dessas usinas. Dada a variabilidade na geração de energia eólica, devido às variações nas velocidades dos ventos e considerando o aumento da participação eólica na matriz de eletricidade brasileira, fato que realça a relevância da fonte, este trabalho desenvolve uma representação estocástica da geração eólica a partir de dados históricos reconstruídos de velocidades de vento de 16 coordenadas do Brasil, em especial das regiões Nordeste e Sul. Os valores de velocidade de vento são transformados em energia eólica através de curvas de potência de turbinas e as usinas eólicas são representadas como se fossem usinas hidráulicas a fio d água no modelo de otimização Newave. A representação do histórico de geração eólica é feita através de vazões nos rios, considerando-se também a expansão no horizonte até 2020. O trabalho tem como base os dados do Newave oficial de agosto de 2016. Com a simulação do modelo considerando-se as séries históricas e sintéticas, o trabalho simula o despacho das usinas, o comportamento dos custos marginais, verificando-se as diferenças no comportamento dessas variáveis quando se utiliza uma representação estocástica para a energia eólica, em comparação com a modelagem determinística utilizada hoje. / Wind power has an increasing share of the Brazilian energy market and has the potential to represent 11.6% of the total capacity by 2024, according to Energy Research Company (EPE). The current optimization models, that dispatch power plants to meet demand, only optimize the demand using hydroelectric and thermal power plants. The remaining sources of generation including wind power, small hydroelectric plants and biomass plants, are not part of the optimization model and are included deterministically. There is variability in wind power generation because of wind speeds variations and considering the increase of the wind power share in the Brazilian electricity matrix, which stresses its importance, this work evaluates a stochastic representation for wind power generation through historical wind speed data of 16 coordinates from the Northeast and South of Brazil. It proposes to introduce wind power plants into the optimization model called Newave by proxy of run-of-river hydropower plants and their inflow. This study also considers wind power expansion in Brazil up to 2020 and the database is the official Newave as of August 2016. This work aims to verify the dispatches of the power plants and the marginal costs, considering the differences between the model used today and the stochastic model presented in the study.

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.

A participação da energia eólica na geração de energia elétrica tem apresentado incremento importante nos últimos anos e a tendência é de representar 11,6% da capacidade instalada brasileira em 2024, segundo a Empresa de Pesquisa Energética (EPE). Hoje, nos modelos de otimização para o despacho das usinas no atendimento da carga de energia do sistema, a energia eólica, assim como as pequenas centrais hidrelétricas e a energia a biomassa, são abatidas da carga de forma determinística, não representando a incerteza na produção dessas usinas. Dada a variabilidade na geração de energia eólica, devido às variações nas velocidades dos ventos e considerando o aumento da participação eólica na matriz de eletricidade brasileira, fato que realça a relevância da fonte, este trabalho desenvolve uma representação estocástica da geração eólica a partir de dados históricos reconstruídos de velocidades de vento de 16 coordenadas do Brasil, em especial das regiões Nordeste e Sul. Os valores de velocidade de vento são transformados em energia eólica através de curvas de potência de turbinas e as usinas eólicas são representadas como se fossem usinas hidráulicas a fio d água no modelo de otimização Newave. A representação do histórico de geração eólica é feita através de vazões nos rios, considerando-se também a expansão no horizonte até 2020. O trabalho tem como base os dados do Newave oficial de agosto de 2016. Com a simulação do modelo considerando-se as séries históricas e sintéticas, o trabalho simula o despacho das usinas, o comportamento dos custos marginais, verificando-se as diferenças no comportamento dessas variáveis quando se utiliza uma representação estocástica para a energia eólica, em comparação com a modelagem determinística utilizada hoje. / Wind power has an increasing share of the Brazilian energy market and has the potential to represent 11.6% of the total capacity by 2024, according to Energy Research Company (EPE). The current optimization models, that dispatch power plants to meet demand, only optimize the demand using hydroelectric and thermal power plants. The remaining sources of generation including wind power, small hydroelectric plants and biomass plants, are not part of the optimization model and are included deterministically. There is variability in wind power generation because of wind speeds variations and considering the increase of the wind power share in the Brazilian electricity matrix, which stresses its importance, this work evaluates a stochastic representation for wind power generation through historical wind speed data of 16 coordinates from the Northeast and South of Brazil. It proposes to introduce wind power plants into the optimization model called Newave by proxy of run-of-river hydropower plants and their inflow. This study also considers wind power expansion in Brazil up to 2020 and the database is the official Newave as of August 2016. This work aims to verify the dispatches of the power plants and the marginal costs, considering the differences between the model used today and the stochastic model presented in the study.

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.