Este trabalho tem por meta focalizar a adaptação necessária na metodologia de planejamento atual, norteada segundo uma ótica determinística e conservadora, afim de permitir a elaboração de Programas de Obras de Transmissão/Subtransmissão, condicionados por limitações de teto no montante de investimento a curto e médio prazos. Para tanto, como tema central, busca-se desenvolver uma base conceitual e metodológica, para permitir uma exploração maximizada das possibilidades de carregamento de equipamentos e instalações do sistema de transmissão, contemplando a especificação das ferramentas computacionais necessárias para dar consequência prática à proposta. Considerando o potencial de análise proporcionado por métodos e técnicas de natureza probabilística, aplicados ao planejamento de Sistemas Elétricos, a espinha dorsal da evolução metodológica delineada no texto repousa sobre a avaliação de confiabilidade global e quantificação de riscos operativos. O texto foi estruturado em 8 capítulos onde, a partir de um capítulo introdutório, enfoca-se sequencialmente os temas: * Conceitos e Metodologias para Maximização do Carregamento de Transformadores de Potência. * Conceitos e Metodologias para Maximização do Carregamento de Linhas aéreas de Transmissão. * Impacto das Restrições Financeiras no planejamento e possibilidade de atuação a nível técnico para administrar o conflito entre qualidade de serviço e recursos limitados. * Conceitos e Metodologias para relaxação dos Critérios limitantes para o carregamento máximo de componentes do sistema, em ambiente de severas restrições financeiras, no horizonte de curto prazo. * Resultados obtidos em aplicações concretas a situações do Setor Elétrico, visando caracterizar o alcance do ferramental preconizado nos capítulos anteriores. * Critérios e Procedimentos para Padronização de Subestações e Linhas de Transmissão , coerentes com os conceitos de maximização de carregamento introduzidos nos dois primeiros capítulos. Ao final do texto, incluiu-se um capítulo de \"Conclusões\", com o objetivo de sumarizar os aspectos mais relevantes abordados no texto, assim como indicar linhas de ação e novos desenvolvimentos, necessários para permitir a efetivação prática da metodologia proposta. / An important problem posed to power system planners in developing countries is now becoming commonplace, even in developed countries, and concerns on how to fit an expansion plan into a tight budget, with the least reduction in reliability levels. This problem is known as power system planning under financial constraints and a series of methods is now available to deal with it. So, this work addresses the necessary adjustments in order to permit the Transmission / Sub-transmission Expansion Program establishment when there are investments constraints in a medium/short term range. The main emphasis is on the development of a methodological and conceptual framework, aiming at a maximizes exploration of the loading capability of transformers and transmission lines of the power network. In this context, a new methodological framework for transmission system planning in a financial constrained environment is presented. The proposed approach combines transmission projects priority evaluation and ranking as well as criteria flexibilization, being particularly suitable for short-term planning. The problem to be faced is to operate the system after a project postponement, while the service quality is kept so adequate as it is possible. One of the main issues to be focused is the transmission system uprating since a maximized equipment utilization can contribute to avoid a more significant restriction to the costumers. Therefore, a detailed description of the models for transmission lines and transformers loading limits assessment is presented, with emphasis on the main concepts and the application of probabilistic tools to circumvent the inherent conservatism of deterministic methods. A summary of the contents is presented in what follows: * Concepts and Methodology for Transformers loading maximization. * Concepts and Methodology for Transmission Lines loading maximization. * Financial Restrictions impacts on Expansion Planning Process and the possibilities to manager the conflict between service quality and investment constraints. * Concepts and Methodologies to the relaxation of Criteria that limits the loading capability of transmission lines, aiming at short term Planning under severe financial restrictions, * Obtained results in concrete applications of the proposed methodology and computational tools to Brazilian Electric Power System. * Methods and Criteria to standardization of Substations and Transmission Lines, according the main issues formerly introduced. * Conclusion and Future Research.

Este trabalho tem por objetivo apresentar uma metodologia para localização e proposição de reforços no sistema de distribuição de energia elétrica através de programação linear, PL, e algoritmo genético, AG. A técnica de PL utilizada para a localização de pontos de reforços e, principalmente, novas subestações de distribuição, é baseada no algoritmo de ?out-of-kilter?, um conhecido algoritmo de transporte. A seleção de melhores alternativas é solucionada através do AG, que permite a modelagem de redes com proporções reais e possibilita a obtenção de resultados em tempos de execução compatíveis para aplicação de atividades em planejamento de sistemas de distribuição de energia. O modelo de algoritmo proposto aloca automaticamente novos reforços, como o recondutoramento de trechos da rede e a expansão de subestações existentes, complementando os reforços candidatos, novas subestações e novos alimentadores, propostos previamente pelo modelo de PL. A metodologia proposta é aplicada à resolução de uma rede de distribuição real, possibilitando a análise da potencialidade que esta modelagem pode oferecer. / This dissertation presents a methodology for the allocation and proposal of new reinforcements in electric distribution systems through linear programming (LP) and genetic algorithm (GA). The linear programming technique used for the allocation of new reinforcements, namely new distribution substation locations, is based on the ?out-of-kilter? algorithm, a well known transport algorithm. The selection of alternatives, determined by technical and economical criteria, is carried out through a genetic algorithm that allows the modeling of real sized distribution networks and makes possible the attainment of results in compatible execution times for distribution network planning. The proposed model places new reinforcements automatically, as it is the case of cable resizing in distribution lines and the expansion of existing substations, complementing the new substations and new feeders proposed by the linear programming model. The proposed methodology is applied to the solution of a real distribution network, showing the potential applications of the models.

This thesis presents the development of a time series model and associated algorithms capable of generating synthetic time-series datasets representing the hourly-averaged wind-speed field across the Country – as represented by a set of 20 points. This field is of interest as the energy resource available to wind generators connected to the Great Britain (GB) electricity networks. A wind power output dataset was also generated for an example distribution of wind generation capacities. The datasets generated are suitable for use in sequential Monte Carlo simulations of the GB electricity system – either the present system or future scenarios, potentially with full consideration of network constraints. Accurate representation of the spatio-temporal behaviours of renewable resources are an essential aspect of such simulations, along with their relationship to demand, with rarely occurring extreme events of particular interest. Therefore, variability in the resource occurring on all timescales – from turbulence to climatic shifts between decades must be represented. The synthetic data are time-stamped with time of the day and day of the year, so care was taken to ensure that all relevant deterministic and stochastic patterns are accurately reproduced. A major component of the research project was identification of the optimum level of complexity for various aspects of the model structure, and the associated computational expense of generating the series, particularly given the high dimensionality of the problem. The final choice of wind speed model was 2-factor-VGARMA-APARCH, along with several deterministic transformations.

Este trabalho tem por objetivo apresentar uma metodologia para localização e proposição de reforços no sistema de distribuição de energia elétrica através de programação linear, PL, e algoritmo genético, AG. A técnica de PL utilizada para a localização de pontos de reforços e, principalmente, novas subestações de distribuição, é baseada no algoritmo de ?out-of-kilter?, um conhecido algoritmo de transporte. A seleção de melhores alternativas é solucionada através do AG, que permite a modelagem de redes com proporções reais e possibilita a obtenção de resultados em tempos de execução compatíveis para aplicação de atividades em planejamento de sistemas de distribuição de energia. O modelo de algoritmo proposto aloca automaticamente novos reforços, como o recondutoramento de trechos da rede e a expansão de subestações existentes, complementando os reforços candidatos, novas subestações e novos alimentadores, propostos previamente pelo modelo de PL. A metodologia proposta é aplicada à resolução de uma rede de distribuição real, possibilitando a análise da potencialidade que esta modelagem pode oferecer. / This dissertation presents a methodology for the allocation and proposal of new reinforcements in electric distribution systems through linear programming (LP) and genetic algorithm (GA). The linear programming technique used for the allocation of new reinforcements, namely new distribution substation locations, is based on the ?out-of-kilter? algorithm, a well known transport algorithm. The selection of alternatives, determined by technical and economical criteria, is carried out through a genetic algorithm that allows the modeling of real sized distribution networks and makes possible the attainment of results in compatible execution times for distribution network planning. The proposed model places new reinforcements automatically, as it is the case of cable resizing in distribution lines and the expansion of existing substations, complementing the new substations and new feeders proposed by the linear programming model. The proposed methodology is applied to the solution of a real distribution network, showing the potential applications of the models.

A receita operacional de uma empresa de geração predominantemente hidrelétrica é composta de duas parcelas: a comercialização de seus contratos de energia e a liquidação na Câmara de Comercialização de Energia (CCEE). A parcela de receita de contratos é previsível, mas a receita proveniente da liquidação da CCEE é de difícil mensuração porque depende das alocações do Mecanismo de Realocação de Energia (MRE) e do Preço de Liquidação das Diferenças (PLD). O trabalho apresenta os conceitos gerais dos componentes que influenciam a receita do mercado de curto prazo e um modelo para sazonalização da energia assegurada que é um dos fatores determinantes para a alocação de MRE e para a liquidação das diferenças. O modelo foi detalhado e implementado em uma ferramenta computacional utilizando Algorítmos Genéticos para a minimização da perda esperada e do risco com a sazonalização. / The operating revenue of power generation companies has two different components: revenues arising from power purchase agreements and from spot market, managed by the Câmara de Comercialização de Energia - CCEE The income of contracts is predictable, but there are a lot of difficulties to do prognosis with the spot market revenue component, because it depends on both the Energy Reallocation Mechanism (MRE) and the spot price (PLD). This text presents the influences of some components in spot market incomes and a model to alocate the assured energy along the year since this is the main factor influencing the MRE and the spot market revenues. The model was formulated and implemented in a computational tool using Genetic Algorithms (AG) to minimize the expected losses and the sazonal risk.

Este trabalho analisou os leilões de comercialização de energia elétrica no ambiente de contratação regulada no Brasil, realizados entre 2005 e 2011, com o objetivo de propor aperfeiçoamentos em sua metodologia. Para tanto, foram estudadas três linhas de pesquisa: teoria de leilões, internalização (adicionais) de custos não privados (externalidades) e organização de mercados de capacidade. Após a análise dos 21 leilões de novos empreendimentos realizados no período, conclui-se que o desenho do leilão com fase discriminatória final é adequado aos objetivos de modicidade tarifária, mas que também permite melhoras. As fraquezas da sistemática atual identificadas foram: metodologia de contratação termelétrica por disponibilidade, com viés das fontes de maior custo variável unitário, adoção de preço-teto nem sempre adequado, dificuldade em mitigar o exercício de poder de mercado da Eletrobras nos leilões de energia existente e licitação pelo custo econômico privado. De forma a aprimorar os leilões, as seguintes ações foram sugeridas: realização de uma etapa adicional e prévia ao desenho de leilão híbrido atual visando contornar a problemática de estabelecimento de preço-teto adequado; utilização de adicionais ao lance do leilão para internalizar os custos de transmissão não recolhidos pelo gerador; substituição do mecanismo de contratação termelétrica pelo modelo Colombiano de opções; condução de leilões de energia nova e existente em conjunto, e segmentação de produtos no leilão pela ótica da demanda com possibilidade de lances em pacotes. Com a adoção destas propostas entende-se que o valor negociado nos leilões de comercialização de energia elétrica refletirão melhor o custo social dos projetos, aumentando a eficiência dos certames. / This study analyzes the regulated electricity procurement auctions conducted between 2005 and 2011 in Brazil, in order to propose improvements in its methodology. Thus, it was reviewed three research areas: auctions design, internalization of externalities, and capacity markets. After analyzing the 21 new energy auctions that period, it is concluded the auction design with a second discriminatory bid is appropriate to the aims at achieving as low as possible prices, however there is room for improvement. Identified weaknesses are: (1) thermal availability capacity hiring method biased in favor of energy sources with higher variable costs; (2) inadequate price cap, unable to mitigate Eletrobras market power in existing power auctions, (3) and bidding by private economic cost. So, it is suggested the following actions to improve the efficiency of energy auctions: (a) carrying out an additional step prior to the current hybrid auction design in order to solve the problem of establishing appropriate ceiling price; (b) use of additional to internalize transmission costs not paid by generator; (c) replacement of the bid mechanism used for thermal power plants to Colombian options model; (d) driving new and existing energy auctions together, and (e) segment auctions products by the demand side with the possibility of bidding in packages. In adopting these proposals it is expected the value traded in the electricity procurement auction conducted in Brazil will better reflect the social cost of projects and so improving its efficiency.

Made available in DSpace on 2017-07-10T16:41:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissert Marcelo Brandt.pdf: 2755186 bytes, checksum: 04398250477fd1d25f8397f78a8137de (MD5) Previous issue date: 2016-06-27 / In this Master`s Dissertation is presented the development of a specialized heuristic algorithm for planning the expansion of distribution systems. This new heuristic algorithm has the constructive character, because in each iteration goes to search for a new solution to the problem. The algorithm used in this work does not use an objective function with the system bus data and system line data to find a new solution. Another advantage of this algorithm is the technique used to find the final topology, the specialized heuristic algorithm uses destructive technique for finding the final topology, on which, for each iteration, one line that is present in the current system configuration, is removed. To select the line to be removed, the algorithm used a subroutine of a power flow calculation by the Newton Raphson method, and the results obtained are used to compose the sensitivity indicators. Which the established indicators, the algorithm checks violation load service, and if there is no violation, the line is removed from the system and proceeds to the next iteration . This process is performed to find a final topology for the problem with the commitment to find a good solution. The algorithm was used to solve the problem considering testing system known in the specialized literature and the results which were obtained show that the algorithm is robust and fast to determine the final topology for the system. / Neste presente trabalho é apresentado o desenvolvimento de um algoritmo heurístico especializado para o planejamento da expansão de sistemas de distribuição. Este novo algoritmo heurístico possui a característica construtiva, pois a cada iteração vai à busca de uma nova solução para o problema. O algoritmo que é apresentado neste trabalho não utiliza uma função objetivo com as suas restrições para resolver o problema de otimização e sim utiliza parâmetros estabelecidos com os dados de barra e de linha do sistema para encontrar a nova solução. Outro diferencial desse algoritmo é a técnica utilizada para encontrar a topologia final, o algoritmo heurístico especializado utiliza uma técnica destrutiva, ou seja, pressupõe-se que as linhas candidatas à adição no sistema estejam construídas e em cada iteração é proposta a retirada de uma destas linhas do sistema. Para a escolha da linha a ser retirada, o algoritmo utiliza uma sub-rotina de cálculo de fluxo de potência, pelo método Newton Raphson, e os resultados obtidos são utilizados para compor os indicadores de sensibilidade. Com os indicadores estabelecidos é feita a verificação de violação de atendimento de demanda, caso não haja nenhuma violação a linha é retirada do sistema e procede-se para a próxima iteração. Esse processo é executado até se encontrar uma topologia final radial para o problema com o compromisso de encontrar uma solução de boa qualidade. Foram realizados testes computacionais considerando sistemas testes conhecidos através da literatura especializada e os resultados mostram que o algoritmo é robusto e rápido para a determinação da topologia final da rede.

Centralized power system planning covers time windows that range from ten to thirty years. Consequently, it is the longest and most uncertain part of power system economics. One of the challenges that power system planning faces is the inability to accurately predict random events; these random events introduce risk in the planning process. Another challenge stems from the fact that, despite having a centralized planning scheme, generation plans are set first and then transmission expansion plans are carried out. This thesis addresses these problems. A joint model for generation and transmission expansion for the vertically integrated industry is proposed. Randomness is considered in demand, equivalent availability factors of the generators, and transmission capacity factors of the transmission lines. The system expansion model is formulated as a two-stage stochastic program with fixed recourse and probabilistic constraints. The transmission network is included via a DC approximation. The mean variance Markowitz theory is used as a risk minimization technique in order to minimize the variance of the annualized estimated generating cost. This system expansion model is capable of considering the locations of new generation and transmission and also of choosing the right mixture of generating technologies. The global tendency is to move from regulated power systems to deregulated power systems. Power pool electricity markets, assuming that the independent system operator is concerned with the social cost minimization, face great uncertainties from supply and demand bids submitted by market participants. In power pool electricity markets, randomness in the cost and benefit functions through random demand and supply functions has never been considered before. This thesis considers as random all the coefficients of the quadratic cost and benefit functions and uses the mean variance Markowitz theory to minimize the social cost variance. The impacts that this risk minimization technique has on nodal prices and on the elasticities of the supply and demand curves are studied. All the mathematical models in this thesis are exemplified by the six-node network proposed by Garver in 1970, by the 21-node network proposed by the IEEE Reliability Test System Task Force in 1979, and by the IEEE 57- and 118-node systems.

Centralized power system planning covers time windows that range from ten to thirty years. Consequently, it is the longest and most uncertain part of power system economics. One of the challenges that power system planning faces is the inability to accurately predict random events; these random events introduce risk in the planning process. Another challenge stems from the fact that, despite having a centralized planning scheme, generation plans are set first and then transmission expansion plans are carried out. This thesis addresses these problems. A joint model for generation and transmission expansion for the vertically integrated industry is proposed. Randomness is considered in demand, equivalent availability factors of the generators, and transmission capacity factors of the transmission lines. The system expansion model is formulated as a two-stage stochastic program with fixed recourse and probabilistic constraints. The transmission network is included via a DC approximation. The mean variance Markowitz theory is used as a risk minimization technique in order to minimize the variance of the annualized estimated generating cost. This system expansion model is capable of considering the locations of new generation and transmission and also of choosing the right mixture of generating technologies. The global tendency is to move from regulated power systems to deregulated power systems. Power pool electricity markets, assuming that the independent system operator is concerned with the social cost minimization, face great uncertainties from supply and demand bids submitted by market participants. In power pool electricity markets, randomness in the cost and benefit functions through random demand and supply functions has never been considered before. This thesis considers as random all the coefficients of the quadratic cost and benefit functions and uses the mean variance Markowitz theory to minimize the social cost variance. The impacts that this risk minimization technique has on nodal prices and on the elasticities of the supply and demand curves are studied. All the mathematical models in this thesis are exemplified by the six-node network proposed by Garver in 1970, by the 21-node network proposed by the IEEE Reliability Test System Task Force in 1979, and by the IEEE 57- and 118-node systems.

Esta dissertação apresenta um modelo aproximado de rede desenvolvido para análise de sistemas de distribuição em regime permanente. O modelo é detalhado do ponto de vista matemático e teórico considerando a representação dos elementos em derivação da rede (cargas e geradores) e dos limites operacionais empregando aproximações lineares. A modelagem linear permite determinar de forma simples os valores das tensões e correntes do sistema, podendo ser empregada em problemas de otimização relacionados ao planejamento e expansão de sistemas de distribuição. A representação da carga considera a influência da variação da tensão, fator determinante nas redes de distribuição. Também é considerada a inclusão de geração distribuída (GD) sendo implementada para diferentes modos de operação, permitindo ainda a minimização das perdas para a barra onde a GD está alocada. Para validar a abordagem proposta, os resultados do modelo apresentado foram comparados em termos de tensões, correntes e perdas com resultados obtidos com o modelo convencional de fluxo de carga, solucionado pelo algoritmo de varredura. Os testes foram realizados em dois sistemas de distribuição conhecidos, um de 70 barras e um de 135 barras. Para o sistema de 70 barras foi avaliado o uso de diferentes modos de operação da GD. Finalmente, para o sistema de 135 barras foram comparados os resultados do modelo proposto com o fluxo de carga convencional caracterizando a GD como uma barra de tensão controlada (PV) para diversos valores de injeção ativa na barra selecionada. As conclusões confirmam a validade e as vantagens que o modelo desenvolvido neste trabalho proporciona. / This work presents an approximate model developed to the analysis of electrical distribution systems at steady state. Both mathematical and theoretical details are given considering the representation of the shunt elements (loads and generators) and the operating limits of the network, using linear approximations. The linear modeling adopted resulted in a simple way to determine the values of the voltages and currents of the system; further the model can be applied to optimization problems related to optimal operation and expansion planning of distribution systems. The load representation considers the influence of voltage variations, which play an important role in the distribution networks. This work also considers the inclusion of distributed generation (DG), which is assessed under several modes of operation, including one mode which allows to minimize the losses at the node where the DG is located. To validate the proposed approach, the results for two example networks, given in terms of voltages, currents and losses, were compared with corresponding results obtained with conventional load flow model, solved by the backward-forward sweep method. The examples networks used to test and validate the model are known distribution systems, one having 70 and the other 135 nodes. Regarding the system with 70 nodes, the inclusion of DG was studied for several operational modes. Finally, the system of 135 nodes were used to compare the results of the proposed model with the results of the conventional load flow; in this case, the GD was characterized as a controlled-voltage bar (PV) for various levels of active power injection into the bar where the GD is located. The conclusions show the validity and advantages of the proposed model.