O trabalho apresenta uma discussão sobre o nível de contratação ótima dos geradores hidroelétricos participantes do Mecanismo de Realocação de Energia (MRE), considerando a influência dos Procedimentos Operativos de Curto Prazo (POCP). O assim denominado POCP é um conjunto de procedimentos realizados pelo Operador Nacional do Sistema (ONS) para proporcionar mais segurança no atendimento à carga do Sistema Interligado, sendo realizado no período de abril a novembro, durante o Programa Mensal de Operação (PMO). O gerador hidráulico, em função do despacho centralizado e normativo adotado no Brasil, dependendo da quantidade de água que aflui aos reservatórios e do consequente despacho das usinas determinado pelo ONS, fica sujeito às exposições no mercado de curto prazo, decorrentes da diferença entre os contratos de venda do gerador e o montante de garantia física (GF) alocada mensalmente após a realização do MRE. Como o POCP não está incorporado nos modelos de despacho das usinas do setor elétrico, uma alternativa de simulação foi construída e, a partir dos seus resultados, pode-se perceber a interferência do mecanismo em tela nas exposições no mercado de curto prazo e no patamar de risco incorrido. A aplicação do POCP traz um efeito líquido de redução da geração hidrelétrica, pois se diminui a possibilidade de utilizar a capacidade de regularização dos reservatórios, evitando riscos de eventual não recuperação dos reservatórios no período chuvoso. Por outro lado, o procedimento conservador hoje utilizado pode gerar um volume muito maior de vertimentos durante o período úmido, limitando a chance de recuperação financeira dos geradores hidrelétricos que tiveram sua geração reduzida no período seco devido ao despacho antecipado de termelétricas, fatalmente com rebatimentos traduzidos por exposições ao PLD. Por conta de todos os fatores de risco citados, os agentes geradores precisam ajustar sua estratégia ótima de contratação, mantendo a função objetivo de maximizar a receita, condicionado a critérios de risco, que ponderem os fatores citados. Nessa perspectiva, foi analisada a aplicação do POCP no ano de 2010 e seus impactos, além de simular a receita esperada e o risco futuro com e sem a aplicação deste mecanismo. Os resultados mostram o quanto o POCP interfere na receita esperada dos agentes, agregando maiores riscos e alterando-se o nível de contratação ótima. Sendo assim, dependendo do risco que cada agente gerador está disposto a assumir, uma revisão de seu nível de contratação torna-se imperiosa. / This work presents a discussion about the optimal level of energy contracting of the Hydroelectric Generators participants of the Energy Reallocation Mechanism, (MRE - Mecanismo de Realocação de Energia), considering the influence of Short Term Operating Procedures (POCP - Procedimentos Operativos de Curto Prazo). The POCP is a set of procedures performed by the National System Operator (ONS - Operador Nacional do Sistema) to provide more security in the Interconnected System, being carried out from April to November, during the Monthly Programme Operation (PMO - Programa Mensal de Operação). Hydro plants are subject to exposure in short-term market due to the centralized dispatch adopted in Brazil, which depends on the amount of water that flows to the reservoir and on the subsequent dispatch of plants determined by the ONS. The exposure in short-term market, arises from the difference between the Generator sales contracts and the amount of assured energy (GF - Garantia Física) monthly allocated after the MRE. As the POCP is not incorporated into the dispatch models of the electricity sector, an alternative simulation was built and, from its results, we can notice the interference of the mechanism displayed in the short-term market and in the incurred risk level. The application of the POCP brings a net reduction in hydropower generation, because it decreases the possibility of using the regularization capacity of the reservoirs, avoiding any risk of non recovery of the reservoirs during the rainy season. On the other hand, the conservative procedure used today can generate a much larger volume of spilling water during the wet season, limiting the chance of financial recovery of hydroelectric dams that had their generation reduced in the dry season due to the anticipated dispatch of thermoelectric plants, inevitably with repercussions represented by exposure to the PLD (SPOT). Considering all risk factors mentioned, the generating agents have to adjust their optimal strategy for contract level, retaining the objective function to maximize revenue, conditional to risk criteria, which consider the factors mentioned. From this perspective, we analyzed the application of the POCP in 2010 and its impacts, as well as simulated the expected revenue and the future risk with and without the application of this procedure. The results show how the POCP interferes in the expected revenue of the agents, adding greater risks and changing the optimal level of energy contracting. Thus, depending on the risk that each generating agent is willing to take, a review of their contracting level becomes imperative.

La industria del calzado en el Perú es un sector relevante en la economía por su participación y la generación de puestos de trabajo. Se considera como unas de las actividades minoristas más importantes del país. El mercado de calzados en el Perú se caracteriza por ser bastante competitivo, con colaboración de variadas marcas tanto nacionales como internacionales. Por otro lado, es un producto que ha dado espacio para la diferenciación y que cambia temporada tras temporada siguiendo las últimas tendencias de moda. La empresa es una fábrica de calzados el cual comercializa calzados a través de sus asesores de venta. Estos asesores presentan diversos problemas, entre ellos los más importantes: la información con la que cuenta de sus clientes, productos, pedidos, etc., es escaza o desactualizada; la entrega de pedidos se ha realiza a destiempo o con retrasos; el crédito de los clientes no está controlado; el pago de moras o cuotas no se realiza adecuadamente; en la venta por consignación, frecuentemente se cometen errores en la generación de cuotas. Antes la situación problemática existente se plantea el desarrollo de un sistema móvil con el objetivo de mejorar la productividad de los asesores de venta en sus actividades diarias, lograr un mejor manejo de la información en la empresa e incrementar la rentabilidad por medio de la venta de calzados. El desarrollo de la solución comprende las siguientes fases: modelado del negocio, modelado del sistema, arquitectura del software, construcción, calidad, pruebas de software y la gestión del proyecto. / The footwear industry in Peru is a relevant sector in the economy for its participation and the generation of jobs. It is considerate as one of the most important retail activities in the country. The footwear sector in Peru is characterized by being quite competitive with the collaboration of several national and international brands. In addition, it is a product that provides space for differentiation and that changes seasons continuously following the latest fashion trends. The company is a shoe factory that sells shoes through sales consultants. These consultants present various problems, some of the most important: the information of its customers, products, orders, etc., is scarce or out of date; the delivery of orders is done out of time or with delays; customer credit is not controlled; the payment of arrears or quota is not made properly; in consignment sales, mistakes are often made in the generation of quota. Given the problematic situation, it is proposed to develop a mobile system that aims to improve the productivity of sales consultants in their daily activities, achieve better management of information in the company and increase profitability through the sale of footwear. The development of the solution contains the phases:business modeling, system modeling, software architecture, building, software quality, testing and the project management. / Tesis

[pt] O objetivo do planejamento da operação hidrotérmica de médio e longo prazo é definir as metas para geração de cada hidroelétrica e termelétrica, a fim de atender à carga ao menor custo esperado de operação e respeitando as restrições operacionais. Algoritmos de Programação Dinâmica Estocástica (PDE) e de Programação Dinâmica Dual Estocástica (PDDE) têm sido amplamente aplicados para determinar uma política operativa ideal o despacho hidrotérmico. Em ambas as abordagens a estocasticidade das afluências é comumente produzida por modelos periódicos autoregressivos de lag p - PAR(p), cuja estimativa dos parâmetros é baseada nos dados históricos disponíveis. Como os estimadores são funções de fenômenos aleatórios, além da incerteza sobre as vazões, também há incerteza sobre os parâmetros estatísticos, o que não é capturado no modelo PAR (p) padrão. A existência de incerteza nos parâmetros significa que há um risco de que a política da operação hidrotérmica planejada não será a ótima. O objetivo desta tese é apresentar uma metodologia para incorporar a incerteza dos parâmetros do modelo PAR (p) no problema de programação estocástica hidrotérmica. São apresentados estudos de caso ilustrando o impacto da incerteza dos parâmetros nos custos operativos do sistema e como uma política operativa que incorpore esta incerteza pode reduzir este impacto. / [en] The objective of the medium and long-term hydrothermal scheduling problem is to define operational target for each power plant in order to meet the load at the lowest expected cost and respecting the operational constraints. Stochastic Dynamic Programming (SDP) and Stochastic Dual Dynamic Programming (SDDP) algorithms have been widely applied to determine the optimal operating policy for the hydrothermal dispatch. In both approaches, the stochasticity of the inflows is usually produced by periodic auto-regressive models - PAR (p), whose parameters are estimated based on available historical data. As the estimators are a function of random phenomena, besides the inflows uncertainty there is statistical parameter uncertainty, which is not captured in the standard PAR (p) model. The existence of uncertainty in the parameters means that there is a risk that the hydrothermal operating policy will not be optimal. This thesis presents a methodology to incorporate the PAR(p) parameter uncertainty into stochastic hydrothermal scheduling and to assess the resulting impact on the computation of a hydro operations policy. Case studies are presented illustrating the impact of parameter uncertainty in the system operating costs and how an operating policy that incorporates this uncertainty can reduce this impact.

[pt] Um dos algoritmos mais eficientes para resolver problemas de planejamento de operações hidrotérmicas, que são modelos estocásticos multiestágio de larga escala, é o chamado algoritmo de programação dinâmica dupla estocástica (SDDP). O planejamento da operação dos sistemas de energia visa avaliar o valor dos recursos escassos (por exemplo, água) para alimentar os modelos de despacho de curto prazo usados na implementação real das decisões. Quando o modelo de planejamento se desvia significativamente da realidade da operação implementada, as políticas de decisão são consideradas inconsistentes no tempo. A literatura recente explorou diferentes fontes de inconsistência, como medidas de risco dinâmico inconsistentes no tempo, representação imprecisa do processo de informação e simplificações no modelo de planejamento de rede. Este trabalho aborda a inconsistência no tempo devido a simplificações na representação da rede no modelo de planejamento que estende a literatura existente. O objetivo deste trabalho é propor uma estrutura, composta por uma metodologia e um pacote computacional de código aberto, para testar o impacto operacional e econômico das simplificações da modelagem sobre o fluxo de energia da rede em sistemas de energia hidrotérmica. Entre as inúmeras formulações disponíveis no pacote, nos concentramos em avaliar o custo e o desempenho operacional das seguintes aproximações de modelos: o modelo de rede de transporte (NFA), atualmente em uso pelo operador de sistema brasileiro; o relaxamento de cone de segunda ordem (SOC); o relaxamento de programação semidefinida (SDP); a aproximação do fluxo de energia de corente continua (DC); e o DC com aproximação de fluxo de potência com perda de linha (DCLL). Todas as formulações mencionadas anteriormente são testadas como aproximações para o modelo de rede na fase de planejamento, onde é construída a função de custo futuro. Em seguida, avaliamos cada aproximação simulando a operação do sistema usando um modelo de implementação que minimiza o custo imediato sob as restrições de fluxo de energia AC e a respectiva função de custo futuro. A comparação é feita para dois sistemas, um composto por um ciclo e o outro aproximadamente radial. / [en] One of the most efficient algorithms for solving hydrothermal operation planning problems, which are large-scale multi-stage stochastic models, is the so-called stochastic dual dynamic programming (SDDP) algorithm. Operation planning of power systems aims to assess the value of the scarce resources (e.g. water) to feed short-term dispatch models used in the actual implementation of the decisions. When the planning model significantly deviates from the reality of the implemented operation, decision policies are said to be time-inconsistent. Recent literature has explored different sources of inconsistency such as time-inconsistent dynamic risk measures, inaccurate representation of the information process and simplifications in the network planning model. This work addresses the time-inconsistency due to simplifications in the network representation in the planning model extending the existing literature. The objective of this work is to propose a framework, comprised of a methodology and an open-source computational package, for testing the operative and economic impact of modeling simplifications over the network power-flow in hydrothermal power systems. Among the myriad of formulations available in the package, we focused on assessing the cost and operative performance of the following model approximations: the transportation network-flow model (NFA), currently in use by the Brazilian system operator; the second-order cone relaxation (SOC); the semidefinite programming relaxation (SDP); the DC power-flow approximation (DC); and the DC with line-loss power-flow approximation (DCLL). All the previously mentioned formulations are tested as approximations for the network model in the planning stage, where the cost-to-go function is built. Then, we evaluate each approximation by simulating the system s operation using an implementation model, which minimizes the immediate cost under AC power-flow constraints and the respective cost-to-go function. The comparison is made for two systems, one composed of a cycle and the other approximately radial.

[pt] Transmission switching já foi apresentado anteriormente como uma ferramenta capaz de prover benefícios significativos na operação de sistemas de potência, como redução de custos e aumento de confiabilidade. Dentro do contexto de mercados co-otimizados para energia e reservas, este trabalho endereça a co-otimização de transmission switching pós-contingência no planejamento da operação de sistemas elétricos. Os modelos propostos para programação diária e despacho econômico diferem de formulações existentes devido à consideração conjunta de três fatores complicadores. Primeiro, ações de transmission switching são consideradas nos estados pré e pós-contingência, portanto requerendo variáveis binárias pós-contingência. Adicionalmente, a programação de geradores e as ações de transmission switching são co-otimizadas. Além disso, a operação de geradores é caracterizada temporalmente em um contexto multi-período. Os modelos propostos são formulados como programas inteiros-mistos desafiadores para os quais os softwares comerciais comumente utilizados para modelos mais simples podem levar à intratabilidade até para instâncias de tamanho moderado. Como metodologia de solução, nós apresentamos uma versão aperfeiçoada de um algoritmo de geração de colunas e restrições aninhado, com a adição de restrições válidas para melhorar o desempenho computacional. Simulações numéricas demonstram o desempenho efetivo da abordagem proposta, assim como suas vantagens econômicas e operacionais sobre modelos existentes que desconsideram o transmission switching pós-contingência. / [en] Transmission switching has been previously shown to offer significant benefits to power system operation, such as cost savings and reliability enhancements. Within the context of co-optimized electricity markets for energy and reserves, this work addresses the co-optimization of post contingency transmission switching in power system operation planning. The proposed models for unit commitment and economic dispatch differ from existing formulations due to the joint consideration of three major complicating factors. First, transmission switching actions are considered both in the preand post-contingency states, thereby requiring binary post-contingency variables. Secondly, generation scheduling and transmission switching actions are co-optimized. In addition, the time coupled operation of generating units is precisely characterized. The proposed models are formulated as challenging mixed-integer programs for which the off-the-shelf software customarily used for simpler models may lead to intractability even for moderatelysized instances. As a solution methodology, we present enhanced versions of an exact nested column-and-constraint generation algorithm featuring the inclusion of valid constraints to improve the overall computational performance. Numerical simulations demonstrate the effective performance of the proposed approach as well as its economic and operational advantages over existing models disregarding post-contingency transmission switching.

[pt] Recentes apagões em todo o mundo fazem da confiabilidade de sistemas de potência, no tocante a contingências múltiplas, um tema de pesquisa mundial. Dentro desse contexo, se faz importante investigar métodos eficientes de proteger o sistema contra falhas de alguns de seus componentes, sejam elas dependentes e/ou independentes de outras falhas. Nesse sentido, se tornou crucial a incorporação de critérios de segurança mais rigorosos na operação e planejamento de sistemas de potência. Contingências múltiplas são mais comuns e desastrosas do que falhas naturais e independentes. A principal razão para isso reside na complexidade da estabilidade dinâmica de sistemas de potência. Além disso, o sistema de proteção que opera em paralelo ao sistema de distribuição não é livre de falhas. Portanto, interrupções naturais podem causar contingências em cascata em decorrência do mau funcionamento de mecanismos de proteção ou da instabilidade do sistema elétrico como um todo. Nesse contexto, se dá a motivação pela busca de critérios de segurança mais severos como, por exemplo, o n - K, onde K pode ser maior do que 2. Nesse trabalho, o principal objetivo é incorporar o crtitério de segurança geral n-K para geração e transmissão em modelos de operação e planejamento de sistemas de potência. Além de interrupções em geradores, restrições de rede, bem como falhas em linhas de transmiss˜ao também são modeladas. Esse avanço leva a novos desafios computacionais, para os quais formulamos metodologias de solução eficientes baseadas em decomposição de Benders. Considerando operação, duas abordagens são apresentadas. A primeira propõe um modelo de otimização trinível para decidir o despacho ótimo de energia e reservas sob um critério de segurançaa n - K. Nessa abordagem, a alta dimensionalidade do problema, por contemplar restrições de rede, bem como falhas de geradores e de linhas de transmissão, é contornada por meio da implícita consideração do conjunto de possíveis contingências. No mesmo contexto, a segunda abordagem leva em conta a incerteza da carga a ser suprida e a correlação entre demandas de diferentes barras. Considerando planejamento de expansão da transmissão, outro modelo de otimização trinível é apresentado no intuito de decidir quais linhas de transmissão, dentro de um conjunto de candidatas, devem ser construídas para atender a um critério de segurança n - K e, consequentemente, aumentar a confiabilidade do sistema como um todo. Portanto, as principais contribuições do presente trabalho são as seguintes: 1) modelos de otimização trinível para considerar o critério de segurança n - K em operação e planejamento de sistemas de potência, 2) consideração implícita de todo o conjunto de contingências por meio de uma abordagem de otimização robusta ajustável, 3) otimização conjunta de energia e reserva para operação de sistemas de potência, considerando restrições de rede e garantindo a entregabilidade das reservas em todos os estados pós-contingência considerados, 4) metodologias de solução eficientes baseadas em decomposição de Benders que convergem em passos finitos para o ótimo global e 5) desenvolvimento de restrições válidas que alavancam a eficiência computacional. Estudos de caso ressaltam a eficácia das metodologias propostas em capturar os efeitos econômicos de demanda nodal correlacionada sob um critério de segurançaa n - 1, em reduzir o esfor¸co computacional para considerar os critérios de seguran¸ca convencionais n-1 e n-2 e em considerar critérios de segurança mais rigorosos do que o n - 2, um problema intratável até então. / [en] Recent major blackouts all over the world have been a driving force to make power system reliability, regarding multiple contingencies, a subject of worldwide research. Within this context, it is important to investigate efficient methods of protecting the system against dependent and/or independent failures. In this sense, the incorporation of tighter security criteria in power systems operation and planning became crucial. Multiple contingencies are more common and dangerous than natural independent faults. The main reason for this lies in the complexity of the dynamic stability of power systems. In addition, the protection system, that operates in parallel to the supply system, is not free of failures. Thus, natural faults can cause subsequent contingencies (dependent on earlier contingencies) due to the malfunction of the protection mechanisms or the instability of the overall system. These facts drive the search for more stringent safety criteria, for example, n - K, where K can be greater than 2. In the present work, the main objective is to incorporate the joint generation and transmission general security criteria in power systems operation and planning models. Here, in addition to generators outages, network constraints and transmission lines failures are also accounted for. Such improvement leads to new computational challenges, for which we design efficient solution methodologies based on Benders decomposition. Regarding operation, two approaches are presented. The first one proposes a trilevel optimization model to decide the optimal scheduling of energy and reserve under an n - K security criterion. In such approach, the high dimensionality curse of considering network constraints as well as outages of generators and transmission assets is withstood by implicitly taking into account the set of possible contingencies. The second approach includes correlated nodal demand uncertainty in the same framework. Regarding transmission expansion planning, another trilevel optimization model is proposed to decide which transmission assets should be built within a set of candidates in order to meet an n - K security criterion, and, consequently, boost the power system reliability. Therefore, the main contributions of this work are the following: 1) trilevel models to consider general n - K security criteria in power systems operation and planning, 2) implicit consideration of the whole contingency set by means of an adjustable robust optimization approach, 3) co-optimization of energy and reserves for power systems operation, regarding network constraints and ensuring the deliverability of reserves in all considered post-contingency states, 4) efficient solution methodologies based on Benders decomposition that finitely converges to the global optimal solution, and 5) development of valid constraints to boost computational efficiency. Case studies highlight the effectiveness of the proposed methodologies in capturing the economic effect of nodal demand correlation on power system operation under an n - 1 security criterion, in reducing the computational effort to consider conventional n-1 and n-2 security criteria, and in considering security criteria tighter than n - 2, an intractable problem heretofore.

Fundação de Apoio a Pesquisa e à Inovação Tecnológica do Estado de Sergipe - FAPITEC/SE / The growth of the electric energy consumption in the last years has generated the need of the increase in the amount of power sources, making the electricity sector undergo some large changes. This has provided the search for tools that promotes a better efficiency and security to the electrical power systems. A planning problem that is considered important in the daily operation of the power systems is the Unit Commitment, where the time schedule of the operation is defined, determining which machines will be online or offline, and which are the operating points. Those units must operate by load variation, respecting the operative and security constraints. This research proposes the resolution of the problem for the short-term planning, taking a set of constraints associated with the thermal generation and the power system. Among them, we can highlight the output power variation constraints of the machines and the security restrictions of the transmission system, avoided in most Unit Commitment studies. This problem is nonlinear, mixed-integer and has a large scale. The methodology used involves the utilization of an Adaptive Genetic Algorithm, for the Unit Commitment problem, and the Interior-Point Primal- Dual Predictor–Corrector Method, for DC power flow resolution in economic dispatch problem. Furthemore, this research proposes the implementation of cross-over and mutation operators of Genetic Algorithm based on a ring methodology applied in Unit Commitment matrix. The results were obtained through simulations in a mathematical simulation software, using the IEEE test systems with 30 bus and 9 generators, and another with 24 bus and 26 generators. The validation of the algorithm was done by comparing the results with other works in the literature. / O crescimento do consumo de energia elétrica nos últimos anos vem gerando a necessidade de um aumento na quantidade de fontes geradoras, fazendo com que o setor elétrico passe por grandes mudanças. Isso tem proporcionado a busca por ferramentas que ofereçam maior eficiência e segurança aos sistemas de potência. Um problema considerado de extrema importância na operação diária dos sistemas elétricos é o planejamento da Alocação das Unidades Geradoras, onde define-se a programação horária das unidades do sistema, determinando quais máquinas deverão estar ligadas ou desligadas, e quais serão seus respectivos pontos de operação. Essas unidades geradoras devem operar de forma eficaz, mediante a variação da carga, respeitando restrições operativas e de segurança do sistema. Este trabalho propõe a resolução do problema para o planejamento de curto prazo, levando em consideração uma série de restrições relacionadas a geração térmica e ao sistema elétrico. Entre elas, podemos destacar as restrições de variação de potência de saída das máquinas e as restrições de segurança do sistema de transmissão, evitadas na maioria dos estudos de Alocação de Unidades Geradoras. Este problema tem característica não-linear, inteiro-misto e de grande escala. A metodologia utilizada para resolução do problema envolve a utilização de um Algoritmo Genético Adaptativo, para Alocação das Unidades, e o Método de Pontos Interiores Primal-Dual Preditor-Corretor, para a resolução do Fluxo de Potência Ótimo DC no problema do Despacho Econômico. Além disso, este trabalho propõe a implementação dos operadores de cross-over e mutação do Algoritmo Genético com base em uma metodologia anelar aplicada na matriz de alocação de unidades. Os resultados foram obtidos através de simulações em um software de simulação matemática, utilizando os sistemas testes do IEEE de 30 barras com 9 geradores e 24 barras com 26 geradores, e a validação do algoritmo foi feita comparando os resultados obtidos com os outros trabalhos da literatura.