Orientador: Rubén Augusto Romero Lázaro / Coorientador: Marina Lavorato de Oliveira / Banca: José Roberto Sanches Mantovani / Banca: Arturo Suman Bretas / Resumo: Neste trabalho apresenta-se uma metodologia para resolver o problema de reconfiguração de sistemas de distribuição de energia elétrica, que é modelado como um problema de Programação Não Linear Inteiro Misto (PNLIM). Para resolver este problema utilizou-se a metaheurística GRASP especializada. O objetivo do problema de reconfiguração de sistemas de distribuição de energia elétrica é encontrar a melhor topologia radial para um sistema de distribuição de energia elétrica de forma que as perdas ativas do sistema sejam as menores possíveis. Na metodologia proposta, todas as chaves de interconexão do sistema de distribuição estão abertas no inicio do processo e a cada passo um circuito é conectado no sistema e uma solução factível é construída. O algoritmo GRASP foi escrito na linguagem de modelagem matemática AMPL onde a cada iteração é resolvido um problema de programação não linear utilizando o solver comercial KNITRO. Para evidenciar a eficácia da metodologia proposta foram realizados testes com sistemas de 14, 33, 70, 84, 119, 136 e 417 barras, estes resultados são comparados com os resultados encontrados na literatura especializada / Abstract: This work presents a methodology to solve the electric power distribution systems reconfiguration problem, which is modeled as a Mixed Integer Nonlinear Programming problem (MINLP). Specialized metaheuristic GRASP was used to solve the problem. The aim of the reconfiguration problem is to find the best topology for a radial electric power distribution system so that the active power losses are as small as possible. In the proposed methodology, at the beginning of the solution process all switches that interconnect the distribution system are open and in each next step a circuit is connected to the distribution system and therefore a feasible solution is constructed. The GRASP algorithm was written in AMPL mathematical modeling language where in each iteration was solved a nonlinear programming problem using the commercial solver KNITRO. To demonstrate the effectiveness of the proposed methodology, tests were performed with distribution systems of 14, 33, 70, 84, 119, 136, and 417 buses, these results are compared with results found in literature / Mestre

Orientador: Marcos Julio Rider Flores / Banca: Fábio Bertequini Leão / Banca: Roberto Cayetano Lotero / Resumo: Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um modelo de programação linear inteira mista e outro de programação cônica de segunda ordem inteira mista para resolver o problema de alocação de bancos de capacitores fixos e/ou chaveados ao longo dos alimentadores primários de sistemas de distribuição de energia elétrica radiais, com o propósito de melhorar o perfil da magnitude de tensão e minimizar os custos de perdas de energia e de investimento. Nos modelos propostos, o cálculo do ponto de operação em regime permanente de sistemas de distribuição radiais é modelado matematicamente usando expressões lineares e cônicas de segunda ordem. O uso dos modelos garante a convergência para a solução ótima usando ferramentas de otimização clássica existentes. Os sistemas testes de 70, 136, 202 e 400 nós são utilizados para mostrar a exatidão dos modelos matemáticos, como também a eficiência das técnicas de solução propostas para resolver o problema de alocação de bancos de capacitores em sistemas de distribuição radiais. / Abstract: This work shows the development of a mixed integer linear programming model and a mixed integer second-order conic programming model to solve the allocation problem of fixed or switched capacitors banks in radial electrical distribution systems, with the aims to improve the voltage magnitude profile and minimize the energy losses and investment costs. In the proposed models, the steady-state operation point of the radial distribution system is modeled through linear and second-order conic expressions. The use of a mixed-integer linear programming model and a second-order conic programming model guarantee convergence to optimality using existing optimization software. The test systems of 70, 136, 202 and 400 nodes are used in order to show the accuracy of the mathematical models, as well as the efficiency of the proposed solution technique to solve the allocation problem of fixed or switched capacitors banks in a radial distribution system. / Mestre

Orientador: Rubén Augusto Romero Lázaro / Banca: José Roberto Sanches Mantovani / Banca: Sergio Azevedo de Oliveira / Banca: Eduardo Nobuhiro Asada / Banca: Carlos Roberto Mendonça da Rocha / Resumo: Neste trabalho, são propostas duas metodologias para resolver o problema de planejamento da expansão de sistemas de transmissão (PPEST). A primeira delas é uma apresentação de um algoritmo baseado em meta-heurística, Particle Swarm optimization (PSO), como ferramenta para resolver o PPEST estático. Nesta proposta são usados os modelos matemáticos de transporte e CC. Ambos os modelos foram implementados na linguagem de programação FORTRAN e o solver comercial MINOS foi usado para resolver os problemas de programação linear relacionados. A segunda proposta apresenta o PPEST considerando múltiplos cenários de geração usando o modelo linear disjuntivo. Este modelo foi implementado via AMPL e resolvido usando o solver comercial CPLEX. A fim de validar e qualificar a primeira metodologia proposta, cinco sistemas foram estudados, são eles: Garver, IEEE 24-barras, Sul Brasileiro, Colombiano e Norte-Nordeste Brasileiro. E para a segunda metodologia proposta, três sistemas foram estudados, são eles: Garver, IEEE 24-barras, Sul Brasileiro. Os resultados mostraram a eficiência e utilidade das duas metodologias propostas / Abstract: In this work, two methodologies to solve the transmission network expansion planning (TNEP) problem have been proposed. The first one is a presentation of a meta-heuristic based algorithm, Particle Swarm Optimization (PSO), as a tool to solve static TNEP problems. In this proposition, the mathematical models of transportation model and the DC model have been used. Both the models have been implemented via the programming language of FORTRAN and the commercial solver of MINOS has been used to solve the related LP problems. The second proposal, presents the TNEP problem considering multiple generation scenarios using the disjunctive linear model. This model has been implemented via AMPL and solved by the commercial solver of CPLEX. In order to validate and qualify the first proposed methodology, five case studies have been carried out, these cases are: Garver, IEEE 24-bus, Southern Brazil, Colombian, and Brazilian North-Northeast systems. And for the second proposed methodology, 3 case studies have been used such as: Garver, IEEE 24-bus and Southern Brazil test systems. The results show the effectiveness and the usefulness of the proposed methodologies / Doutor

Orientador: Rubén Augusto Romero Lázaro / Co-orientador: Marina lavorato de oliveira / Banca: José Roberto Sanches Mantovani / Banca: Carlos Roberto Mendonça da Rocha / Resumo: Neste trabalho, o algoritmo genético de Chu-Beasley especializado foi utilizado para resolver o problema de reconfiguração de sistemas de distribuição de energia elétrica, que é modelado como um problema de programação não linear inteiro misto. Um objetivo do trabalho é definir um espaço de busca reduzido, para reduzir o tempo computacional do algoritmo genético de Chu-Beasley especializado para resolver um problema de reconfiguração de sistemas de distribuição de energia elétrica. Para avaliar a factibilidade em relação às restrições de operação dos sistemas de energia elétrica foi implementado um algoritmo de fluxo de carga radial, para calcular o estado deste sistema e, a partir deste, as perdas de potência ativa e as correntes nos ramos. São apresentados testes realizados utilizando os sistemas de 14, 33, 84, 119 e 417 barras para avaliar a eficiência e robustez da metodologia proposta. Os resultados obtidos foram apresentados e comparados com os resultados encontrados na literatura / Abstract: In this paper, Chu-Beasley's specialized genetic algorithm will be used to solve the reconfiguration of distribuition system problem, which was modeled such as mixed integer nonlinear programming problem. In this work was defined a reduced search space to reduce the computational time of genetic algorithm of Chu-Beasley' specialized to solve the reconfiguration of distribution systems problem. To evaluate the feasibility regarding constraints of the electrical power systems' operation, an algorithm for radial load flow was implemented to calculate these nodal tensions of these systems and, losses and currents of the system. Tests are presented using the systems of 14, 33, 84, 119 and 417 buses to avaluate the efficiency and robustness of the proposed method. The results were presented and compared to those found in the literature / Mestre

Orientador: Dionízio Paschoareli Júnior / Banca: Luis Carlos Origa de Oliveira / Banca: Walmir de Freitas Filho / Resumo: O setor de distribuição de energia elétrica vem apresentando constantes mudanças para se adaptar à necessidade de atendimento das crescentes demandas com recursos financeiros e energéticos cada vez mais escassos. Concessionárias têm buscado eficiência operacional em seus processos através de tecnologias que visam atender a um consumidor cada vez mais exigente por qualidade na utilização da energia elétrica. Neste cenário, a utilização de equipamentos que flexibilizem a operação das redes de distribuição apresentam-se como alternativas menos onerosas quando comparadas com a realização de grandes investimentos na expansão. O uso de equipamentos de flexibilização nas redes de distribuição possui peculiaridade específicas que prevê adaptações de natureza elétrica e física no sistema. O compensador série controlado a tiristores apresenta-se como uma alternativa a ser considerada para aplicação em redes de até 36kV. Aspectos de robustez face a necessidade de flexibilização são discutidos de modo a analisar sua postergação de investimentos visando mitigar ou diminuir o impacto de grandes alterações em redes de distribuição. Tais adaptações são comparadas com a sua viabilidade econômica, a partir da adequação da relação custo-benefício. Os resultados das análises apontam para uma tendência favorável à utilização do compensador série controlado a tiristores na rede de distribuição (D-TCSC), quando considerados os valores de implantação, tempo de execução física, instituição de condições mais favoráveis para realização de manobras e retorno mais rápido na imobilização de cálculos de tarifas e retorno do capital investido / Abstract: The electrical distribution system has presented constant changes to adapt to the growth in power demand with reducing financial and energetic resources availability. Utilities are looking for improvement in operating conditions using new technologies to attend to high power quality by the most demanding consumer. The use of equipment to improve the flexibility of distribution systems is an alternative which postpone large investments in system expansion. The thyristor-controlled series compensator is an attractive option for networks up to 36 kV. In this work, flexible solutions are discussed to postpone investments. Economical viability of a series controlled compensator in a distribution system is presented. The results take in account the initial cost, time of implementation, return on invested capital, among others / Mestre

Orientador: Antonio Roberto Balbo / Coorientador: Ricardo Bento Nogueira Mori Pinheiro / Banca: Marcelo Suetake / Banca: Sonia Cristina Poltroniere Silva / Resumo: Neste trabalho, são apresentadas técnicas de otimização multiobjetivo, de Programação por Metas Ponderadas e de Restrições Canalizadas Progressivas, consideradas para propor uma técnica mista denominada de Programação por Metas Ponderadas com Restrições Canalizadas Progressivas (PMPRCP), as quais são aplicadas ao Problema Multiobjetivo de Despacho Econômico e Ambiental, com o efeito Ponto de Carregamento de Válvula (PMDEA-PV), próprios da área de geração de ebnergia. A abordagem relacionada a programação por metas ponderadas visa a minimização das variáveis de desvio pré-definidas, com o intuito de determinar soluções de compromisso para o PMDEA-PV, considerando metas pré-estabelecidas relativas à função de custos, do problema de despacho econômico e à função de emissão de poluentes, do problema de despacho ambiental. O intuito do uso da técnica de PMPRCP é determinar a curva de soluções não dominadas para o PMDEA-PV, denominada de soluções Pareto-Eficientes. Os subproblemas mono-objetivos obtidos pelo uso da programação por metas ponderadas e da PMPRCP para a formulação do PMDEA-PV são resolvidos pelo método Primal-Dual Previsor-Corretor de pontos interiores. Ainda neste tabalho, o PMDEA-PV em sua forma canônica é resolvido pelo Algoritmo genético de Ordenação Não-Dominada II (conhecido na literatura por NSGA-II) com o intuito de comparação de resultados para a validação da técnica de PMPRCP apresentada, considerando que o NSGA-II é utilizado no ramo de otimização multiobjet... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In this work are presented multiobjective optimization techniques, Weighted Goal Programming and Progressive Bounded Constraints, considered to propose a mixed technique called Weighted Goal Programming with Progressive Channeling Constraints (PMPRCP), which are applied to the Economic and Environmental Dispatch Multiobjective Problem with the effect Valve loading point (PMDEA-PV), own of the area of energy generation. The approach related to Weighted Goal Programming aims to minimizing the predefined deviation variables, aiming to determine compromise solutions for the PMDEA-PV, considering pre-established goals related to the cost function related to the problem of economic dispatch and the emission of pollutants related to the problem of environmental dispatch. The purpose of the PMPRCP technique is to determine the curve of non-dominated solutions for PMDEA-PV, called Pareto-Efficient solutions. The mono-objective subproblems obtained from the use of weighted goal programming and the PMPRCP for PMDEA-PV formulation are solved by the Primal-Dual Predictor-Corrector of interior points method. Still in this work, the PMDEA-PV in its canonical form is solved too by a Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm II (known in the literature by NSGA-II) with the purpose of comparing results for the validation of the PMPRCP technique presented, considering that NSGA-II is used in the field of multiobjective optimization to determine the curve of non-dominated solutions to multiobjecti... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Leonardo Nepomuceno / Banca: Eduardo Nobuhiro Asada / Banca: José Roberto Sanches Mantovani / Banca: Edilaine Martins Soler / Banca: Edmea Cassia Baptista / Resumo: Uma companhia geradora em um sistema elétrico descentralizado pode comercializar energia através de contratos bilaterais e de futuros, além de participar de diferentes merca- dos, como os do dia-seguinte, ajustes e regulação. A companhia deve decidir sua atuação buscando uma relação de compromisso entre lucro e risco, de acordo com o seu per l de investimento, o que recebe o nome de problema de portfólio. Para o caso particular de um gerador hidrelétrico, esse problema apresenta características adicionais, como o gerencia- mento dos reservatórios ao longo do ano e a transmissão hidráulica entre as usinas, cujas implicações são pouco investigadas na literatura atual. O primeiro problema analisado neste trabalho consiste no portfólio de uma companhia hidrelétrica decidindo sua atuação nos mercados de futuros e pool para um período de 1 ano. Neste trabalho é proposto um modelo de otimização estocástica linear inteiro misto para este problema, considerando restrições hidráulicas e de mensuração de risco, sendo aplicado em um sistema de testes com 15 usinas hidrelétricas. O segundo problema considerado é o portfólio de uma com- panhia hidrelétrica planejando sua participação nos mercados do dia-seguinte, ajustes e regulação para um período de 24 horas. Foi proposto um modelo de otimização estocás- tica quadrático inteiro misto para este problema, incluindo a linearização da função de produção, restrições hidráulicas e de mensuração do risco, sendo aplicado em um sistema de teste c... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: An energy generation company acting in a decentralized power market have the option to commercialize its energy using bilateral and futures contracts, in addition to partici- pate in di erent trading arenas, like the day-ahead, regulation and adjustment markets. The company should decide its participation aiming at a balance between pro ts and as- sociated risk, known as the portfolio problem. Considering a hydroelectric company, this problem has additional characteristics, like the reservoir's management over the year and the hydraulic transmission between the plants in the same hydraulic cascade, whose im- plications are hardly investigated in the current literature. The rst problem analyzed in this work is the portfolio of a hydroelectric company looking for the optimal participation in the futures and pool markets through 1-year period. We propose a linear stochastic mixed-integer optimization model for this problem, including hydraulic constraints and risk measurement, which is tested in a system composed by fteen hydroelectric plants. The second problem analyzed in this work is the portfolio of a hydroelectric company planning its participation in the day-ahead, regulation and adjustment markets for a 24- hours period. We propose a quadratic stochastic mixed-integer optimization model for this problem, including the energy production curve linearization, hydraulic constraints and risk measurement, which is applied to a cascade with eight hydroelectric plants. / Doutor

Orientador: José Paulo Fernandes Garcia / Banca: Marcelo Carvalho Minhoto Teixeira / Banca: Jean Marcos de Souza Ribeiro / Resumo: Usando uma função de resíduos, é proposto um novo esquema para melhoria da robustez e acomodação de falhas através de sistemas com multicontroladores. O projeto de um preditor contínuo e um Controlador com Estrutura Variável e Modos Deslizantes (CEV-MD) contínuo são apresentados para obter bomdesempenho na presença de atraso no sinal de entrada. Projetos de Controladores Discreto com Modos Deslizantes (CDMD) são apresentados de modo a obter boa performance para o sistema mesmo na presença de várias situações de falhas e incertezas paramétricas. Para adaptar o controlador a cada situação de operação do sistema, uma estratégia baseada na menor das funções de resíduos é proposta. O esquema proposto é aplicado em um modelo de eixos laterais que descrevem as condições de vôo de um avião L-1011, em um Sistema Pêndulo Invertido Rotacional e em um Sistema de Simulação de Vôo de Helicóptero para ilustrar os procedimentos do projeto e a efetividade do método. / Abstract: Using the residuals functions, it is proposed a new scheme to improve robustness and fault accommodation by controller adaptation. A Variable Structure Control and Sliding Mode VSCSM design is presented to improve the performance of systems when computation time delay fault is present. A Discrete SlidingMode Control (DSMC) design is presented to control several fault situations and parametric uncertainties. To adapt the controller to fault condition, a strategy based on the residuals functions is proposed. The scheme is applied to a lateral axis model of a L-1011 in cruise flight conditions, a RotaryMotion Inverted Pendulum System and a Helicopter Flight Simulation System to illustrate the design procedures and the effectiveness of the method. / Mestre

A proposta do presente trabalho é a simulação do sistema de tração elétrica metroferroviária alimentada em corrente contínua. Para isto, o trabalho é iniciado com uma caracterização das instalações móveis e fixas do sistema de tração elétrica. Sobre as instalações móveis, o trabalho dedica um capítulo sobre a dinâmica do movimento e outro sobre os acionamento alimentados em corrente contínua. Sobre as instalações fixas, um capítulo trata dos elementos e configurações da rede de alimentação além de trazer cálculos simples da queda de tensão. Outro capítulo é dedicado exclusivamente ao circuito de retorno e aterramento. Após esta caracterização, o trabalho traz, baseado nos capítulos anteriores, um capítulo sobre a modelagem e a simulação das instalações fixas e móveis. Por fim, um estudo de caso é feito para ilustrar o que foi apresentado. / The proposition of this work is the simulation of DC-fed railway and subway systems. To achieve this proposition, this work starts with the characterization of rolling stock and fixed installations. For rolling stock characterization, this work presents one chapter about train dynamics and other chapter about DC-fed traction drives. For fixed installations characterization, this work presents one chapter about fixed installation components, its configuration and also shows some simple voltage drop calculations. The following chapter describes the traction ground system. After these characterizations, the next chapter deals with modeling and simulation of the entire system. To illustrate this work a case study is presented.

Este trabalho analisa as perspectivas regulatórias e os desaos institucionais para a aplicação de elementos e princípios do Planejamento Integrado de Recursos no Brasil. Partindo da experiência norte-americana e da revisão da evolução e da reestruturação em curso no Sistema Elétrico Brasileiro, são discutidas condições e proposições direcionadas à manutenção do equilíbrio entre funções centralizadas e descentralizadas e entre competição e cooperação. Considerando as tendências do novo modelo estrutural e empresarial do setor elétrico, conclui-se que o atendimento de todas as necessidades de serviços energéticos da sociedade, através do desenvolvimento sustentável, exige, além dos mecanismos de mercado, políticas públicas e dispositivos legais e regulatórios apropriados. As alternativas de regulamentação e as proposições discutidas abrangem estrutura dos órgãos reguladores, uso racional da energia, tratamento das questões sociais e ambientais, formas de representação e participação dos cidadãos e de todos os atores envolvidos, estrutura tarifária, apropriação de rendas, qualidade do fornecimento e fontes descentralizadas. Reconhecendo que a implementação dessas propostas dependem de decisões políticas, este trabalho sugere que essas questões sejam incorporadas, de forma sistemática e coerente, ao planejamento e à regulação do Sistema Elétrico Brasileiro. / This paper analyzes the regulatory perspectives and the institutional challenges for the application of elements and principles of the Integrated Planning of Resources in Brazil. The USA IRP experience is reviewed as a reference for the study. From experience of the Brazilian Electric System evolution and restructuring, currently underway, the conditions for the maintenance of an equilibrium between centralized and decentralized functions and between competition and cooperation are discussed. The tendencies of the new structural and managerial model proposed for the electric sector indicate that the satisfaction of societal energy service needs, through sustainable development, requires more than market mechanisms. Approriate public policies and regulatory instruments may be additionally necessary to achieve this goal. The alternatives and propositions involve regulatory structure, rational use of energy, treatment of the social and environment issues, forms of citizens participation and representation, tariff structure, rent appropriation, supply quality and decentralized sources. Recognizing that the introduction of these proposals depends on political decisions, this work suggests the incorporation of these issues, in a systematic and coherent way, in the planning and regulation framework of the Brazilian Electric System.