Este trabalho apresenta uma nova abordagem para o Planejamento Energético da Operação de Sistemas Hidrotérmicos de Potência, com uma formulação que permite a solução do problema por técnicas de programação linear, ao contrário de sua forma original, onde o mesmo é complexo e de difícil solução. Utilizando esta formulação, os aspectos físicos importantes do sistema foram preservados, tais como a representação individualizada das usinas, as características da função de custo com crescimento exponencial e o efeito cota, o qual foi inserido na função objetivo através de parcelas de penalização, com pesos distintos para cada usina, priorizando o enchimento dos reservatórios na cascata, fundamental no comportamento operativo ótimo. Além disso, esta formulação pode abrir caminhos para abordagens estocásticas. Os modelos foram desenvolvidos a partir da adoção de uma forma linear para a função de geração das usinas hidroelétricas, realizando-se posteriormente uma linearização da função de custo do problema. A solução foi dada por duas técnicas de linearização, em conjunto com dois métodos de separabilidade da função, e também pela técnica da programação quadrática. Aos vários modelos obtidos, foi aplicado o Método Simplex de resolução, com alguma modificação, que é eficiente, rápido e simples, ao contrário das técnicas de programação não linear que apresentam dificuldades de convergência em muitos casos. Todos os métodos de otimização propostos foram implementados especificamente para a solução do problema em questão, observando-se os desempenhos da operação e também aspectos computacionais. Os resultados foram analisados através do comportamento dos sistemas testes, por meio de gráficos de trajetória de volume, custo marginal de operação e índices numéricos de desempenho. As performances encontradas foram comparadas entre si e com as obtidas por técnicas de programação não linear, mostrando-se eficientes, com resultados muito bons e bem próximos do comportamento operativo ótimo dos reservatórios. / This work presents a new approach for the Scheduling of Hydrothermal Systems, with a formulation that allows the solution of the problem through the linear programming technics, otherwise the original form, which is complex and difficult. The models were developed through a linear form for the generation function of hydroelectric plant, successive of the linearization of the cost function of the problem. The linear technics used were the Simplex Method, with some modification, that is efficient, fast and simple. The important physical aspects of the system were preserved, like the individual representation of the hydroelectric plant, the features of cost function with the exponential increase and the head effect. Besides, this formulation can lead to estocastic approachs. All the optimization methods were implemented for the solution of the problem. The performances obtained were compared with each other and with that obtained through the non linear technics. The algorithms showed to be efficient, with good results and very near to the optimal behavior of the reservoir operation planning obtained by traditional methods.

Este trabalho apresenta uma nova abordagem para o Planejamento Energético da Operação de Sistemas Hidrotérmicos de Potência, com uma formulação que permite a solução do problema por técnicas de programação linear, ao contrário de sua forma original, onde o mesmo é complexo e de difícil solução. Utilizando esta formulação, os aspectos físicos importantes do sistema foram preservados, tais como a representação individualizada das usinas, as características da função de custo com crescimento exponencial e o efeito cota, o qual foi inserido na função objetivo através de parcelas de penalização, com pesos distintos para cada usina, priorizando o enchimento dos reservatórios na cascata, fundamental no comportamento operativo ótimo. Além disso, esta formulação pode abrir caminhos para abordagens estocásticas. Os modelos foram desenvolvidos a partir da adoção de uma forma linear para a função de geração das usinas hidroelétricas, realizando-se posteriormente uma linearização da função de custo do problema. A solução foi dada por duas técnicas de linearização, em conjunto com dois métodos de separabilidade da função, e também pela técnica da programação quadrática. Aos vários modelos obtidos, foi aplicado o Método Simplex de resolução, com alguma modificação, que é eficiente, rápido e simples, ao contrário das técnicas de programação não linear que apresentam dificuldades de convergência em muitos casos. Todos os métodos de otimização propostos foram implementados especificamente para a solução do problema em questão, observando-se os desempenhos da operação e também aspectos computacionais. Os resultados foram analisados através do comportamento dos sistemas testes, por meio de gráficos de trajetória de volume, custo marginal de operação e índices numéricos de desempenho. As performances encontradas foram comparadas entre si e com as obtidas por técnicas de programação não linear, mostrando-se eficientes, com resultados muito bons e bem próximos do comportamento operativo ótimo dos reservatórios. / This work presents a new approach for the Scheduling of Hydrothermal Systems, with a formulation that allows the solution of the problem through the linear programming technics, otherwise the original form, which is complex and difficult. The models were developed through a linear form for the generation function of hydroelectric plant, successive of the linearization of the cost function of the problem. The linear technics used were the Simplex Method, with some modification, that is efficient, fast and simple. The important physical aspects of the system were preserved, like the individual representation of the hydroelectric plant, the features of cost function with the exponential increase and the head effect. Besides, this formulation can lead to estocastic approachs. All the optimization methods were implemented for the solution of the problem. The performances obtained were compared with each other and with that obtained through the non linear technics. The algorithms showed to be efficient, with good results and very near to the optimal behavior of the reservoir operation planning obtained by traditional methods.

Através da análise de estudos de otimização e simulação, considerando a operação energética das usinas existentes na cascata do rio Paranapanema, situada na região sudoeste do estado de São Paulo, mostrou-se que a operação do sistema, baseada em regras de operação obtidas através da otimização da cascata, resulta em ganhos significativos de geração e de energia armazenada, proporcionando, desse modo, uma melhor utilização de recursos hidrológicos, bem como uma condição final de armazenamento mais favorável, implicando uma operação mais eficiente e confiável de todo o sistema. / Through the analysis of optimization and simulation studies regarding the energy operation of the existing plants in the Paranapanema river, situated in the southwestern region of the state of São Paulo, Brazil, it was shown that the system operation, based on operation rules achieved considering the cascate optimization, yields significant gains of generation and stored energy in the system, therefore providing a better use of the available hydrologic resources, as well as a more favorable final storage level for each plant, which implies in a more efficient and reliable operation of the whole set.

Através da análise de estudos de otimização e simulação, considerando a operação energética das usinas existentes na cascata do rio Paranapanema, situada na região sudoeste do estado de São Paulo, mostrou-se que a operação do sistema, baseada em regras de operação obtidas através da otimização da cascata, resulta em ganhos significativos de geração e de energia armazenada, proporcionando, desse modo, uma melhor utilização de recursos hidrológicos, bem como uma condição final de armazenamento mais favorável, implicando uma operação mais eficiente e confiável de todo o sistema. / Through the analysis of optimization and simulation studies regarding the energy operation of the existing plants in the Paranapanema river, situated in the southwestern region of the state of São Paulo, Brazil, it was shown that the system operation, based on operation rules achieved considering the cascate optimization, yields significant gains of generation and stored energy in the system, therefore providing a better use of the available hydrologic resources, as well as a more favorable final storage level for each plant, which implies in a more efficient and reliable operation of the whole set.

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.

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.