Este trabalho tem como objetivo avaliar a viabilidade da aplicação de técnicas de otimização robusta (OR) no planejamento da operação de reservatórios para geração de energia hidrelétrica. A OR é uma técnica de otimização que visa encontrar resultados que sejam menos sensíveis às incertezas nas variáveis do modelo através da minimização da variância da função objetivo para diferentes cenários. Desta forma foi desenvolvido um modelo de otimização robusta aplicado à operação de reservatórios para a geração de energia hidrelétrica, chamado HIDRO-OR, utilizando o software General Algebraic Modeling System (GAMS). Para estudo de caso foram utilizados os dados da UHE Sinop, a ser instalada no rio Teles Pires MT. Inicialmente foi realizada uma análise de sensibilidade utilizando diferentes combinações dos coeficientes de ponderação da função objetivo e três conjuntos de cenários. Nesta abordagem, o modelo resultou em vertimentos indesejados para realizar a diminuição do desvio padrão dos resultados entre os diferentes cenários. Uma solução encontrada para o problema foi realizar a otimização em duas etapas. Na primeira etapa ocorre a otimização robusta propriamente dita e são fixados os resultados para o primeiro mês de operação. Na segunda etapa, apenas a função objetivo principal é otimizada e, assim, são corrigidos os vertimentos indesejados. No entanto, com a otimização em duas etapas, não ocorreram mudanças na operação do reservatório para os diferentes coeficientes de ponderação. Ao final do trabalho conclui-se que, apesar dos resultados da análise de sensibilidade terem sido praticamente iguais com a otimização em duas etapas, estes podem ser considerados robustos pois são factíveis para todos os cenários. Por fim, são realizadas sugestões para a continuidade das pesquisas utilizando as técnicas de OR para a operação de usinas hidrelétricas. / This work aims to evaluate the feasibility of robust optimization techniques (OR) for reservoir management for hydropower production. The OR is an optimization technique which aims to find results that are less sensitive to the randomness of variables in the model by minimizing the variance of the objective function for different scenarios. One OR model was developed to the operation of reservoirs for hydropower production, called HYDRO-OR, using the software General Algebraic Modeling System (GAMS). As study case, data from the Sinop hydropower plant were used, which will be constructed in the Teles Pires river - MT. First, a sensitivity analysis was performed using different combinations of weigh coefficients of the objective function with three sets of scenarios. Preliminary results in this approach showed that the model resulted in unwanted spills to force the reduction of the standard deviation of the results from different scenarios. To correct this, the model was reconfigured to perform the optimization in two stages, the first one being the OR itself in which the results were obtained for the first month of planning. In the second step, the model was optimized again for subsequent months. In this case the model corrected the unnecessary spills but the results were quite similar for the three combinations of the weight coefficients. However the results can be considered robust because it is feasible for all scenarios. Finally, suggestions are made for further studies using the techniques of OR for the operation of hydropower plants.

A elevada quantidade e variedade de informações adquirida e armazenada em meio eletrônico e a incapacidade humana de analizá-las, têm motivado o desenvolvimento da área de Mineracão de Dados - MD - que busca, de maneira semi-automática, extrair conhecimento novo e útil de grandes bases de dados. Uma das fases do processo de MD é o pré-processamento dessas bases de dados. O pré-processamento de dados tem como alguns de seus principais objetivos possibilitar que o usuário do processo obtenha maior compreensão dos dados utilizados, bem como tornar os dados mais adequados para as próximas fases do processo de MD. Uma técnica que busca auxiliar no primeiro objetivo citado é a geracão de gráficos de dados, a qual consiste na representação gráfica dos registros (exemplos) de uma base de dados. Existem diversos métodos de geracão de gráficos, cada qual com suas características e objetivos. Ainda na fase de pré-processamento, de modo a tornar os dados brutos mais adequados para as demais fases do processo de MD, diversas técnicas podem ser aplicadas, promovendo transformações nesses dados. Uma delas é a discretização de dados, que transforma um atributo contínuo da base de dados em um atributo discreto. Neste trabalho são abordados alguns métodos de geração de gráficos e de discretização de dados freqüentemente utilizados pela comunidade. Com relação aos métodos de geração de gráficos, foi projetado e implementado o sistema DISCOVERGRAPHICS que provê interfaces para a geração de gráficos de dados. As diferentes interfaces criadas permitem a utilização do sistema por usuários avançados, leigos e por outros sistemas computacionais. Com relação ao segundo assunto abordado neste trabalho, discretização de dados, foram considerados diversos métodos de discretização supervisionados e não-supervisionados, freqüentemente utilizados pela comunidade, e foi proposto um novo método não-supervisionado denominado K-MeansR. Esses métodos foram comparados entre sí por meio da realização de experimentos e analise estatística dos resultados, considerando-se diversas medidas para realizar a avaliação. Os resultados obtidos indicam que o método proposto supera vários dos métodos de discretização considerados / The great quantity and variety of information acquired and stored electronically and the lack of human capacity to analyze it, have motivated the development of Data Mining - DM - a process that attempts to extract new and useful knowledge from databases. One of the steps of the DM process is data preprocessing. The main goals of the data preprocessing step are to enable the user to have a better understanding of the data being used and to transform the data so it is appropriate for the next step of the DM process related to pattern extraction. A technique concerning the first goal consists of the graphic representation of records (examples) of databases. There are various methods to generate these graphic representations, each one with its own characteristics and objectives. Furthermore, still in the preprocessing step, and in order to transform the raw data into a more suitable form for the next step of the DM process, various data discretization technique methods which transform continuous database attribute values into discrete ones can be applied. This work presents some frequently used methods of graph generation and data discretization. Related to the graph generation methods, we have developed a system called DISCOVERGRAPHICS, which offers different interfaces for graph generation. These interfaces allow both advanced and beginner users, as well as other systems, to access the DISCOVERGRAPHICS system facilities. Regarding the second subject of this work, data discretization, we considered various supervised and unsupervised methods and proposed a new unsupervised data discretization method called K-MeansR. Using different evaluation measures and databases, all these methods were experimentally compared to each other and statistical tests were run to analyze the experimental results. These results showed that the proposed method performed better than many of the other data discretization methods considered in this work

O presente trabalho é dedicado ao estudo de métodos de simulação para ciclos de Rankine. O trabalho é iniciado com a modelagem de um ciclo de Rankine simples e segue evoluindo para configurações mais complexas tal como o ciclo de Rankine com reaquecimento e regeneração. São adotadas as considerações mais convencionais da prática de projeto de centrais termelétricas cujos sistema térmicos baseiam-se no ciclo de Rankine, incluindo-se queda de pressão em tubulações do circuito além de outras perdas. Em seguida, são estabelecidas as expressões matemáticas que possibilitam a determinação das propriedades termodinâmicas da água em seus mais diversos estados ao longo do ciclo. Por último, são desenvolvidos métodos de simulação, chamados neste trabalho de Substituição Sucessiva e Bloco Único, que caracterizam-se pela resolução simultânea do conjunto de equações algébricas dos ciclos elaborados. As simulações são efetuadas através de programas escritos na linguagem Fortran. Os métodos de simulação são aplicados para a obtenção dos resultados considerados mais importantes na análise de sistemas térmicos de potência, tais como rendimento térmico do ciclo, título na saída da turbina, vazões mássicas pelo sistema, potência nas bombas e calor trocado no gerador de vapor e no condensador Na maioria das simulações, estes resultados apresentam-se como funções da: (1) potência elétrica requerida, eficiência isentrópica e pressões na turbina; (2) eficiência térmica, pressão e temperatura no gerador de vapor; (3) pressão e grau de subresfriamento do líquido saturado no condensador e (4) eficiência isentrópica das bombas. São obtidos os mesmos resultados para os métodos de simulação utilizados. O método da Substituição Sucessiva apresentou menor tempo computacional, principalmente para configurações de ciclo mais complexas. Uma aplicação alternativa do método de Bloco Único demonstrou ser inconveniente para ciclos de configurações mais complexas devido ao elevado tempo computacional, quando todas as equações de cálculo das propriedades termodinâmicas são incluídas no sistema de equações a ser resolvido. Melhores rendimentos térmicos e título na saída da turbina foram obtidos para configurações de ciclo de Rankine com reaquecimento e regeneração.

Neste trabalho desenvolvemos um algoritmo para a geração de malhas quadtree com o objetivo de utilizá-las na simulação de escoamento de fluidos, onde muitas vezes faz-se necessário o uso de malhas finas. A idéia central da geração das malhas quadtree está baseada na estrutura de árvore quaternária em que cada nodo possui quatro filhos. Assim uma estrutura de árvore está associada a uma malha que pode ter espaçamento uniforme ou refinamento em regiões específicas. Para evitar problemas de discretização, uma malha quadtree deve satisfazer um critério chamado de balanceamento e este é tratado de forma detalhada no desenvolvimento do trabalho. Podemos destacar também outro ponto importantíssimo na implementação de malhas quadtree, que é a busca de vizinhos dos nodos. Além disso apresentamos a discretização dos operadores em diferenças finitas, que é feita a partir do conhecimento dos vizinhos dos quadrantes da malha e de técnicas de interpolação. A ordem do método é verificada a partir de testes com a equação do calor, tanto para malhas uniformes quanto para malhas com níveis de refinamento diferenciados e concluímos, assim, que o método desenvolvido e apresentado é satisfatório. / In this work we developed an algorithm to generate meshes quadtree in order to use them to simulate uid ow, which often makes it necessary to use ne meshes. The central idea of the generation of quadtree meshes is based on the quaternary structure of the tree, where each node has four children, and thus a tree structure is associated with a mesh that can be evenly or locally re ned. To avoid problems of discretization, a quadtree mesh must satisfy a criterion called the balancing and this is addressed in detail in the development of this work. We also highlight another important point in the implementation of quadtree meshes, which is the search for neighboring nodes. Additionally, we present the nite di erences discretization of operators, which uses the knowledge of the mesh quadrant neighboors and interpolation techniques. The order of the method is checked by tests with the heat equation for both uniform meshes and for meshes with di erent levels of re nement and we conclude that method here presented is satisfactory.

Este trabalho aplica a teoria moderna de portfólios para a definição da participação de cada fonte de geração de energia elétrica, em cada região brasileira, para que a demanda por eletricidade do país prevista pela Empresa de Pesquisa Energética para o ano de 2024 seja atendida. As composições das fontes foram analisadas sob a perspectiva dos custos envolvidos no processo de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica, levando em consideração restrições operacionais como potencial de geração das fontes, limites de intercâmbio entre regiões e limites mínimo e máximo de geração de cada fonte em cada região. O risco em relação ao custo foi avaliado sob a ótica do desvio padrão e do conditional value at risk, e as diferenças entre essas duas medidas de risco, quando aplicadas para definição de matrizes energéticas, foram estudadas. Os modelos desenvolvidos foram aplicados sob dois cenários diferentes, sendo um considerando condições normais para a quantidade de oferta de energia, e outro considerando um cenário de stress na oferta de energia da região sudeste/centro-oeste, deste modo a influência das restrições de transmissão na composição da matriz pôde ser avaliada. As soluções obtidas no modelo sob condições normais de oferta foram comparadas com a matriz projetada para o Brasil no Plano Decenal de Expansão de Energia 2024. / This work applies modern portfolio theory for defining the participation of each electricity generation source, in each Brazilian region, in order to meet the electricity demand in the country for the year 2024, according to the Energy Research Company forecasting. The compositions of the sources were assessed under the perspective of the incurred costs during the processes of electricity energy generation, transmission and distribution. The risk associated to the costs were assessed under the light of the standard deviation and the conditional value at risk, and it was studied the differences between these two risk measures when they are applied for energy matrixes definition. The developed models were applied for two different scenarios, the first one considering normal conditions for the amount of electricity offer, and the second considering generation shortfall in the regions Southeast and Midwest, then the effect of transmission constraints was analyzed. The obtained solutions for the normal offer conditions were compared to the Brazilian energy mix projected by the Energy Research Company in the Energy Expansion Planning for 2024.

A comunicação entre indivíduos da mesma espécie está presente em todos os táxons conhecidos. Tendo por foco organismos que possuem sistemas nervosos, dado que uma capacidade limitada para processar todos os sinais vindos do ambiente, é interessante supor que, ao longo da evolução, exista uma tendência à minimização do processamento associado com a comunicação de modo a liberar atenção para outros eventos. Como tal minimização pode ser associada a uma diminuição da energia gasta com o processo, podemos levantar a hipótese de que existe, também, uma tendência à minimização de geração de entropia σ, já que esta está diretamente associada com a potência dissipada durante potenciais de ação. O objetivo do presente estudo é testar a hipótese descrita acima. Para tanto, consideramos os organismos envolvidos na comunicação como osciladores descritos por equações diferenciais, e comunicação foi definida pelo acoplamento de tais osciladores. Em um modelo inicial, a freqüência e a fase foram as variáveis de estado, enquanto que, num segundo modelo, foram acrescentadas mais duas variáveis associadas à volição de emitir sinais. A geração de entropia é dada pelo produto do fluxo (i.e., freqüência) pela diferença de potencial (parâmetro de forçamento do oscilador). O cálculo de σ foi realizado para os dois modelos, comparando as situações de osciladores de parâmetros idênticos com aquelas de parâmetros diferentes. Para ambos os modelos, os resultados obtidos indicam que osciladores idênticos minimizam a geração de entropia em relação a sistemas de osciladores com diferentes parâmetros. Tratando, então, os sistemas de osciladores idênticos, analisamos as regiões dos valores de parâmetros que permitem uma maior minimização de σ. Isto ocorre, no modelo inicial, quando o parâmetro de acoplamento de freqüência tende a zero ou ao infinito. Já no modelo final, é minimizada quando os parâmetros associados com a referência interna dos osciladores são bem maiores que as constantes de acoplamento de freqüência. Podemos concluir que a melhor estratégia, em termos evolutivos, para minimizar a geração de entropia numa troca continuada de sinais é manter uma alta semelhança (intraespecífica) entre os animais que se comunicam num dado ambiente. / Communication between individuals of the same species is present in all known taxa. Focusing in organisms that have nervous system, since there is a limited capacity to process all the environmental input, it is interesting to assume an evolutionary trend to minimize the information processing associated with communication in order to redirect attention to other events. As such a minimization may be associated with a reduction in the amount of energy spent in the process, we may put forward the hypothesis that there is, also, a trend to minimize entropy generation (σ), since this is directly associated with power dissipation during action potentials. The objective of this study is to test the above described hypothesis. To this end, we considered the organisms involved in the communication as oscillators described by differential equations, and communication was defined as the coupling between oscillators. In an initial model, the frequency and the phase were the state variables, whereas in a second model we added two more variables associated with the volition to emit signals. Entropy generation is calculated through the product of the flux (i.e., frequency) by a potential difference (a forcing parameter). Computations of σ were performed for both models, and we compared the conditions of identical with those of non-identical parameters of the oscillators. In both models, the results obtained indicate that identical oscillators are those that minimize entropy generation in relation to systems of non-identical oscillators. Within the context of systems of identical oscillators, we analyzed the regions of the parameters that allow for a further minimization of σ. In the first model, such a minimization occurs when the parameter of frequency coupling tends either to zero or to infinite. In the second model, σ attains minimal values when the parameters associated with internal references of the oscillators are significantly higher than those associated with frequency coupling. We are lead to the conclusion that the best strategy, in evolutionary terms, to minimize the entropy generation in a long-lasting exchange of signals is to keep a high similarity (intra-specific) between the animals that communicate in a given environment.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Energia). Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 2011

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Tese de doutoramento. Engenharia Informática. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010