A importância do planejamento de sistemas hidrotérmicos é largamente reconhecida. A questão constitui-se em um complicado problema de otimização que envolve aspectos não-lineares e estocásticos, e que se torna mais complexo quando várias usinas são consideradas em conjunto, em virtude da ocorrência de interações. Apesar de se conhecerem formalizações teóricas do problema e da solução, a complexidade acarreta sérios entraves computacionais e muitas vezes consideram-se apenas cenários simplificados, como o determinístico ou estocástico com um modelo de reservatório equivalente. Este trabalho tem como objetivo conciliar a facilidade numérica de problemas determinísticos com a consideração indireta da natureza estocástica do problema. Com esta finalidade, propõe-se o uso de um funcional de custo que reflete o risco de vertimento a cada período. Outra linha estudada neste trabalho foi a de rastreamento de alvo utilizando a técnica de controle Linear Quadrático (LQ). A eficácia das estratégias propostas é avaliada através de diversos casos de estudo, incluindo comparação com o planejamento determinístico usual / The scheduling of hydrothermal systems is an important and challenging problem. In fact, the problem is complex since it involves the optimization of a cost functional related to a nonlinear and stochastic system. Although mathematical formulations of the problem are available, there are computational issues (as the course of dimensionality in dynamical programming) that make difficult to obtain the solution. In this situation, some simplifyied equivalent models or deterministic formulations were considered in the literature, which are simpler to deal with. The aim of this work is to obtain a solution thet presents the ease of computaion of deterministic models and, simultaneously, it reflects the stochastic nature of the problem, at some extension. The strategy consists of taking into account a cost functional that is related to the risk of spillage at each period. Another strategy considered here is the linear quadratic control with a target. Several case estudies are presented, which employ different models for the stochastic inflow, allwing us to evaluate the effectiveness of the strategies and to compare them with the usual deterministic control

[pt] Neste trabalho estudamos o problema de planejamento hidrotérmico para um sistema onde as hidrelétricas estão em paralelo, buscando estender os resultados obtidos por Bortolossi, Pereira e Tomei. Com uma conveniente formulação contínua, estabelecemos um teorema que garante a existência de solução para este problema, e caracterizamos os ótimos interiores. / [en] In this work we study the problem of hydrothermal scheduling for a system where the hydroelectric power stations are disposed in parallel, trying to extend the results obtained by Bortolossi, Pereira e Tomei. With a convenient continuous formulation, we establish a theorem that guarantees the existence of solution to this problem, and characterize the interior optimums. / [es] En este trabajo estudiamos el problema de planeamiento hidrotérmico para un sistema donde las hidroeléctricas están en paralelo, com el objetivo de extender los resultados obtenidos por Bortolosi, Pereira y Tomei. Con una formulación contínua conveniente, establecemos un teorema que garantiza la existencia de solución para este problema, y caracterizamos los óptimos interiores.

A importância do planejamento de sistemas hidrotérmicos é largamente reconhecida. A questão constitui-se em um complicado problema de otimização que envolve aspectos não-lineares e estocásticos, e que se torna mais complexo quando várias usinas são consideradas em conjunto, em virtude da ocorrência de interações. Apesar de se conhecerem formalizações teóricas do problema e da solução, a complexidade acarreta sérios entraves computacionais e muitas vezes consideram-se apenas cenários simplificados, como o determinístico ou estocástico com um modelo de reservatório equivalente. Este trabalho tem como objetivo conciliar a facilidade numérica de problemas determinísticos com a consideração indireta da natureza estocástica do problema. Com esta finalidade, propõe-se o uso de um funcional de custo que reflete o risco de vertimento a cada período. Outra linha estudada neste trabalho foi a de rastreamento de alvo utilizando a técnica de controle Linear Quadrático (LQ). A eficácia das estratégias propostas é avaliada através de diversos casos de estudo, incluindo comparação com o planejamento determinístico usual / The scheduling of hydrothermal systems is an important and challenging problem. In fact, the problem is complex since it involves the optimization of a cost functional related to a nonlinear and stochastic system. Although mathematical formulations of the problem are available, there are computational issues (as the course of dimensionality in dynamical programming) that make difficult to obtain the solution. In this situation, some simplifyied equivalent models or deterministic formulations were considered in the literature, which are simpler to deal with. The aim of this work is to obtain a solution thet presents the ease of computaion of deterministic models and, simultaneously, it reflects the stochastic nature of the problem, at some extension. The strategy consists of taking into account a cost functional that is related to the risk of spillage at each period. Another strategy considered here is the linear quadratic control with a target. Several case estudies are presented, which employ different models for the stochastic inflow, allwing us to evaluate the effectiveness of the strategies and to compare them with the usual deterministic control

O planejamento da operação energética de sistemas hidrotérmicos de potência tem como objetivo determinar a participação de usinas termoelétricas e hidrelétricas de forma a garantir o suprimento desta energia ao menor custo operacional possível, dentro de restrições técnicas. Alguns fatores tornam a solução desse problema bastante complexa destacando a não linearidade, presente na equação de geração hidráulica; a não separabilidade espacial, devido ao fato da decisão de quanto gerar em uma usina interferir em outra usina do sistema; a separabilidade temporal aditiva, devido a interferência de uma decisão atual em uma decisão futura e, como no caso brasileiro, de grande porte. O objetivo deste trabalho é apresentar uma nova abordagem para o planejamento da operação de sistemas hidrotérmicos de potência, com Programação Dinâmica, de forma que as usinas hidrelétricas possam ser representadas e otimizadas individualmente, completamente desacopladas. Essa aplicação é possível através da utilização de uma função objetivo modificada, considerando-se não apenas os custos, mas também os dados de afluências das usinas imediatamente a jusante. O modelo proposto, como função objetivo modificada, foi aplicado em cascatas de usinas hidrelétricas brasileiras, cujos resultados puderam ser comparados com os comportamentos ótimos obtidos de forma direta, ou seja, com a otimização de todo o sistema em conjunto. Com base nos resultados obtidos, pôde-se observar o bom comportamento do modelo implementado. / The energetic operation planning in hydrothermal power systems aims to determine the participation of hydroelectric power plants and thermoelectric power plants to ensure the supply of electricity at the lowest operating cost possible, between technical constraints. Some factors make the solution of this problem quite complex highlighting the nonlinearity, present in the equation of hydraulic generation, non-spatial separability, due the fact that the decision of the amount of energy generated in a plant interfere in another plants of the system, the additive time separability, because of the interference from an actual decision on a future decision and, as in the Brazilian case, large. The proposal of this work is to present a new approach to hydrothermal power systems, with Dynamic Programming, so that hydroelectric power plants can be represented and optimized individually, completely decoupled. This application is possible through the use of a modified objective function, considering not only costs but also the inflow data immediately on the downstream plants. The proposed model was applied in a Brazilian cascade of hydroelectric plants, comparing the optimal behavior obtained directly, by optimizing the whole system together and the new technique behavior. Based on the results obtained, we can observe the good results of the implemented model.

O planejamento da operação energética de sistemas hidrotérmicos de potência tem como objetivo determinar a participação de usinas termoelétricas e hidrelétricas de forma a garantir o suprimento desta energia ao menor custo operacional possível, dentro de restrições técnicas. Alguns fatores tornam a solução desse problema bastante complexa destacando a não linearidade, presente na equação de geração hidráulica; a não separabilidade espacial, devido ao fato da decisão de quanto gerar em uma usina interferir em outra usina do sistema; a separabilidade temporal aditiva, devido a interferência de uma decisão atual em uma decisão futura e, como no caso brasileiro, de grande porte. O objetivo deste trabalho é apresentar uma nova abordagem para o planejamento da operação de sistemas hidrotérmicos de potência, com Programação Dinâmica, de forma que as usinas hidrelétricas possam ser representadas e otimizadas individualmente, completamente desacopladas. Essa aplicação é possível através da utilização de uma função objetivo modificada, considerando-se não apenas os custos, mas também os dados de afluências das usinas imediatamente a jusante. O modelo proposto, como função objetivo modificada, foi aplicado em cascatas de usinas hidrelétricas brasileiras, cujos resultados puderam ser comparados com os comportamentos ótimos obtidos de forma direta, ou seja, com a otimização de todo o sistema em conjunto. Com base nos resultados obtidos, pôde-se observar o bom comportamento do modelo implementado. / The energetic operation planning in hydrothermal power systems aims to determine the participation of hydroelectric power plants and thermoelectric power plants to ensure the supply of electricity at the lowest operating cost possible, between technical constraints. Some factors make the solution of this problem quite complex highlighting the nonlinearity, present in the equation of hydraulic generation, non-spatial separability, due the fact that the decision of the amount of energy generated in a plant interfere in another plants of the system, the additive time separability, because of the interference from an actual decision on a future decision and, as in the Brazilian case, large. The proposal of this work is to present a new approach to hydrothermal power systems, with Dynamic Programming, so that hydroelectric power plants can be represented and optimized individually, completely decoupled. This application is possible through the use of a modified objective function, considering not only costs but also the inflow data immediately on the downstream plants. The proposed model was applied in a Brazilian cascade of hydroelectric plants, comparing the optimal behavior obtained directly, by optimizing the whole system together and the new technique behavior. Based on the results obtained, we can observe the good results of the implemented model.

Orientador: Secundino Soares Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-13T03:22:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Monte_Bruno_M.pdf: 1808851 bytes, checksum: 7268c8ef4bb1363f9876841d3a0ce345 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O planejamento energético de sistemas hidrotérmicos caracteriza-se pela otimização dos recursos hidráulicos através da maximização da operação hidrelétrica e da minimização da operação térmica. Seu objetivo é garantir um atendimento à carga de maneira econômica e confiável durante todo o horizonte de estudo. Este problema pode ser caracterizado como de natureza complexa, dado que suas características o definem como um problema de grande porte, dinâmico, estocástico e não-linear. Não obstante muitas técnicas já terem sido propostas para solução deste problema, não existe, ainda, uma metodologia unânime que aborde todas essas características com eficiência. A Programação Dinâmica, que é uma das técnicas mais populares utilizadas, tem sua aplicação limitada em sistemas reais, dado que exige um elevado esforço computacional. Neste trabalho, foi proposta uma metodologia alternativa para abordagem do planejamento da operação de médio prazo de sistemas hidrotérmicos. A metodologia proposta é baseada em um Sistema de Inferência Neural-Nebulosa Adaptativo atuando em paralelo com um modelo de otimização determinístico com perfeita previsão de vazão. A informação do otimizador determinístico é utilizada no treinamento da rede, que gera uma base de regra de inferência nebulosa que reproduzirá o comportamento ótimo da usina através da definição da vazão turbinada, em cada estágio, em função das varáveis de entrada estipuladas. A performance da metodologia Neural Nebulosa proposta foi comparada com outras modelagens, como a Programação Dinâmica Determinística, a Programação Dinâmica Estocástica e o Controle de Malha Aberta, através de simulações em cinco usinas hidrelétricas do parque gerador brasileiro considerando as vazões afluentes do histórico. Os resultados indicaram que a metodologia Neural Nebulosa proposta apresentou desempenho similar a abordagens mais tradicionais e que se configuram computacionalmente menos eficiente. / Abstract: The long term hydrothermal scheduling lies in the optimization of the water resource usage through the maximization of the hydroelectric production and the minimization of the thermal plants operation. Its goal is to assure an economic and reliable load supply throughout the study stages. This problem can be characterized by exhibiting a complex nature, since its characteristics define it as a large scale, dynamic, stochastic and nonlinear problem. Although many optimization approaches have already been proposed to answer the hydrothermal scheduling problem, until now, there is no unanimous approach that is able to cope efficiently with all the problem issues. Dynamic Programming, which is one of the most commonly used techniques to deal with this problem, is limited regarding its application on real systems since its computational requirements tend to be heavy. In this work we proposed an alternative approach to deal with the long term hydrothermal scheduling. The proposed technique is based on an Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System working in parallel with a deterministic optimization model with perfect inflows forecasting. The optimal operation information is processed by the network that produces fuzzy rules describing the optimal decisions of the plant through the definition of the amount of discharge in each stage and depending on the chosen input variables. The performance of the proposed Neuro-Fuzzy approach was compared to other policies, including Deterministic Dynamic Programming, Stochastic Dynamic Programming and Open- Loop Feedback Control, by simulation using historical inflow records of five different Brazilian hydroelectric power plants. The results demonstrated that the Neuro-Fuzzy approach provided similar and competitive performance to less computationally efficient and commonly used policies. / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Secundino Soares Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-08T14:25:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marques_ThyagoCarvalho_D.pdf: 9101920 bytes, checksum: 5cf6202ab737e2bcab996c2704ede5ec (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Este trabalho apresenta uma política para a operação energética do Sistema Nacional (SIN), baseada na representação individualizada das usinas hidrelétricas e termelétricas, na representação detalhada das características de operação dessas usinas, e na representação indireta da estocasticidade das vazões através demodelo de previsão. Essas características diferem a política operativa proposta daquela em vigor no setor elétrico brasileiro, que se baseia na modelagem equivalente de sistemas hidrotérmicos interligados. Diversos estudos de caso são apresentados com o intuito de avaliar o desempenho dessa polÂ'ıtica, desde o caso de sistemas hidrotérmicos simples com uma única usina até o caso completo do SIN sob condições reais. Para esse último caso, um procedimento de ajuste da operação foi implementado para assegurar o atendimento do mercado com as restrições de intercâmbio entre os subsistemas. Análises de sensibilidade foram realizadas em relação a restrições de intercâmbio, inflexibilidade das usinas termelétricas, a importância de algumas usinas hidrelétricas e mercado / Abstract: This work presents an operational policy for the mid term hydrothermal scheduling of the Brazilian Interconnected Power System (BIPS) based on the individual representation of the hydro and thermo power plants, the detailed representation of the plantsâ?¿ features and the indirect representation of the inflow stochasticity through a forecasting model. These characteristics differs the operational policy which is in use nowadays in BIPS, which is based on four interconnected subsystems represented by composite reservoirs. Several case studies are presented to evaluate the performance of the operational policy, from the simple case with a single hydro plant system to the complete case of the whole BIPS under real conditions. For this last case an operational adjustment procedure was implemented to assure the market attendance considering interchange constraints between the subsystems. Sensitivity analyses have been done with respected to interchange, minimum thermal generation, market, importance of hydro plants and system dimension / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:53:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Romel Jimenez.pdf: 804071 bytes, checksum: 8f161d1f48519af0d6ee9068f4876a93 (MD5) Previous issue date: 2007-02-26 / In this work a methodology based on linear programming for long-term hydrothermal scheduling of electric power systems is proposed. The objective of the hydrothermal scheduling is to find an optimal operation for a specific time interval and with high reliability and minimum cost. That is equivalent to determine an optimal generation scheduling for the power plants and for each time interval considered, in order to the power system satisfies the forecasted demand. Linear models of the power system components are adopted, and with the option to solve systems with multiple reservoirs and buses. It was implemented a computer program using MATLAB platform for application to small test power systems and configurations of real-size systems such as the interconnected Peruvian System and the Brazilian South-Souheast System. For the solution of the linear optimization problem was used the interior points method. From the analysis of the test systems results is concluded that the linear model may capture adequately the relevant characteristics of the real power system and it may be eficient and precise such as the detailed model. / Neste trabalho é proposta uma metodologia baseada em programação linear para a solução da coordenação hidrotérmica de longo prazo de sistemas de energia elétrica. O objetivo da coordenação hidrotérmica é encontrar uma política de operação ótima em um determinado período de tempo, com alta confiabilidade e custo mínimo. Isto equivale a determinar um cronograma ótimo de geração para cada usina, a cada intervalo de tempo, de modo que o sistema atenda a demanda prevista. Adotam-se modelos lineares dos componentes do sistema de potência, com a opção de resolver sistemas com múltiplos reservatórios e múltiplas barras. Foi implementado um programa computacional em MATLAB para a solução de sistemas teste de pequeno porte e configurações de sistemas de potência reais tal como o Sistema Interligado Peruano e o Sistema Brasileiro da Bacia Sul-Sudeste. Para a solução do problema de otimização linear foi utilizado o método de pontos interiores. Da análise dos resultados com os sistemas teste conclui-se que o modelo linear pode capturar adequadamente as características relevantes do sistema real e pode ser tão eficiente e preciso quanto o modelo detalhado.

Orientadores: Secundino Soares Filho, Marcelo Agusto Cicogna / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-07T21:19:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Zambelli_MonicadeSouza_M.pdf: 1476300 bytes, checksum: 26436b0b3c9bd918ebd703de827d4906 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O setor elétrico brasileiro vem passando por sucessivas reformas na busca por um modelo institucional que permita a otimização do uso dos recursos energéticos, conciliada com o objetivo de se alcançar um desenvolvimento sustentável. O planejamento energético tem um papel fundamental neste contexto, de modo que estudos e pesquisas que forneçam suporte ao planejamento do setor energético e à elaboração de políticas energéticas de médio e longo prazo têm ganhado destaque entre as prioridades do setor elétrico brasileiro. A proposta deste trabalho é apresentar uma política operativa baseada no conceito de curvas-guias de armazenamento para o planejamento da operação energética de médio prazo. Essa política determina que, a cada estágio do período de planejamento, as decisões de vazão turbinada por cada usina hidrelétrica devem ser tais que mantenham seus reservatórios em níveis pré-estabelecidos por curvas-guias de armazenamento. A análise de desempenho dessa política operativa foi feita através de simulações da operação hidrotérmica, para sistemas de único reservatório e uma cascata do sistema elétrico brasileiro. Os resultados das simulações foram também comparados aos de políticas operativas mais robustas, incluindo o uso de programação dinâmica estocástica, técnica de solução já consolidada para o problema e utilizada atualmente no setor elétrico brasileiro. Os resultados demonstram que, apesar de simples e transparente, essa política operativa apresenta um desempenho competitivo para o planejamento da operação energética / Abstract: The Brazilian electric sector has been passing through successive reforms in the search for an institutional model that allows the optimization of the use of the energetic resources, concealed with the goal of achieving a sustaining development. The energetic planning plays a fundamental roll in this context, thus studies and researches designated to support planning in the energetic sector and elaboration of long term energetic policies have been gaining space among the Brazilian electric sector priorities. The proposal of this work is to present an operating policy based on the concept of storage guide-curves for the mid term hydrothermal scheduling. This policy determines that, at each stage of the planning period, the decisions of water discharged from each hydro plant must be such that keep their reservoirs at levels pre-determined by storage guide-curves. The performance analysis of this operating policy was done through operation simulation, considering different hydro plants of the Brazilian system. The simulation results were also compared to more robust operative policies, including the use of stochastic dynamic programming, a consolidated solution technique for the problem witch is actually in use by the Brazilian electric sector. The results demonstrate that, despite of simple and transparent, this operating policy presents a competitive performance for the hydrothermal scheduling / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica