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[en] A RBF APPROACH TO THE CONTROL OF PDES USING DYNAMIC PROGRAMMING EQUATIONS / [pt] UM MÉTODO BASEADO EM RBF PARA O CONTROLE DE EDPS USANDO EQUAÇÕES DE PROGRAMAÇÃO DINÂMICAHUGO DE SOUZA OLIVEIRA 04 November 2022 (has links)
[pt] Esquemas semi-Lagrangeanos usados para a aproximação do princípio
da programação dinâmica são baseados em uma discretização temporal reconstruída
no espaço de estado. O uso de uma malha estruturada torna essa
abordagem inviável para problemas de alta dimensão devido à maldição da
dimensionalidade. Nesta tese, apresentamos uma nova abordagem para problemas
de controle ótimo de horizonte infinito onde a função valor é calculada
usando Funções de Base Radial (RBFs) pelo método de aproximação de mínimos
quadrados móveis de Shepard em malhas irregulares. Propomos um novo
método para gerar uma malha irregular guiada pela dinâmica e uma rotina
de otimizada para selecionar o parâmetro responsável pelo formato nas RBFs.
Esta malha ajudará a localizar o problema e aproximar o princípio da programação
dinâmica em alta dimensão. As estimativas de erro para a função valor
também são fornecidas. Testes numéricos para problemas de alta dimensão
mostrarão a eficácia do método proposto. Além do controle ótimo de EDPs
clássicas mostramos como o método também pode ser aplicado ao controle
de equações não-locais. Também fornecemos um exemplo analisando a convergência
numérica de uma equação não-local controlada para o modelo contínuo. / [en] Semi-Lagrangian schemes for the approximation of the dynamic programming
principle are based on a time discretization projected on a state-space
grid. The use of a structured grid makes this approach not feasible for highdimensional
problems due to the curse of dimensionality. In this thesis, we
present a new approach for infinite horizon optimal control problems where
the value function is computed using Radial Basis Functions (RBF) by the
Shepard s moving least squares approximation method on scattered grids. We
propose a new method to generate a scattered mesh driven by the dynamics
and an optimal routine to select the shape parameter in the RBF. This mesh
will help to localize the problem and approximate the dynamic programming
principle in high dimension. Error estimates for the value function are also
provided. Numerical tests for high dimensional problems will show the effectiveness
of the proposed method. In addition to the optimal control of classical
PDEs, we show how the method can also be applied to the control of nonlocal
equations. We also provide an example analyzing the numerical convergence
of a nonlocal controlled equation towards the continuous model.
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[pt] INCENTIVOS REGULATÓRIOS E ECONÔMICOS PARA USINAS HÍBRIDAS RENOVÁVEIS / [en] ON THE REGULATORY AND ECONOMIC INCENTIVES FOR RENEWABLE HYBRID POWER PLANTS IN BRAZILPEDRO GEORGE PRESCOTT FERRAZ 07 December 2023 (has links)
[pt] A complementaridade entre os perfis de geração renovável tem sido amplamente explorada na literatura. No entanto, as estruturas regulatórias eeconômicas para usinas híbridas de energia apresentam desafios e oportunidades interessantes para investidores, reguladores e planejadores. Focando nomercado de energia brasileiro, este artigo propõe um cálculo unificado e isonômico de Garantia Física (GF) para geradores renováveis não controláveis, quenos permite 1) generalizar o conceito de GF para unidades híbridas e 2) capturar as sinergias regulatórias e econômicas entre as fontes. Com base na GFnão discriminatória proposta para usinas híbridas de energia, a co-otimizaçãodas estratégias de contratação de energia no mercado de futuro e da rede, o Montante de Uso do Sistema de Transmissão (MUST), é estudada, e seus incentivos econômicos são demonstrados. A participação ótima de fontes renováveisque compõem a geração da usina híbrida também é considerada no modelo eanalisada em nossos estudos de caso. Com base em dados reais do mercadode energia brasileiro, quantificamos os benefícios das estruturas e modelos demercado propostos para uma unidade híbrida típica de eólico-solar. / [en] The complementarity between renewable generation profiles has been widely explored in literature. Notwithstanding, the regulatory and economic frameworks for hybrid power plants add interesting challenges and opportunities
for investors, regulators, and planners. Focusing on the Brazilian power market, this paper proposes a unified and isonomic firm energy certificate (FEC)
calculation for non-controllable renewable generators, which allows us to 1)
generalize the FEC concept for hybrid units and 2) capture the regulatory and
economic synergies between sources. Based on the non-discriminatory FEC
proposed for hybrid power plants, the co-optimization of both forward-market
and network-access contracting strategies is studied, and its economic incentives are demonstrated. The optimal share of renewable sources composing the
hybrid power plant is also considered in the model and analyzed in our case
studies. Based on real data from the Brazilian power market, we quantify the
benefits of the proposed market structures and model for a typical wind–solar
hybrid unit.
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[en] OPTIMIZATION OF E-COMMERCE REVERSE LOGISTICS IN THE AIR FORCE S REFUNDABLE UNIFORM SYSTEM / [pt] OTIMIZAÇÃO DA LOGÍSTICA REVERSA DO E-COMMERCE NO SISTEMA DE FARDAMENTO REEMBOLSÁVEL DA AERONÁUTICAANA CAROLINA SOUZA DE CARVALHO 30 November 2023 (has links)
[pt] A administração pública possui responsabilidade orçamentária regida por
legislações que estabelecem a transparência na adequação dos recursos públicos.
Pautado por essas Leis, o orçamento público é composto pelo plano plurianual,
diretrizes orçamentárias e orçamentos anuais, que garantem a estimativa de receita
a ser aplicada em cada exercício financeiro. É imprescindível que o planejamento
de aquisição e de estrutura dos sistemas considerem o momento de restrição
orçamentária através dos regulamentos mencionados anteriormente, adicionados à
Lei de Responsabilidade Fiscal, que estabelece o teto de gastos e a natureza a ser
cumprida na aplicação dos valores. A ação 21A0 destinada ao Sistema de
Fardamento Reembolsável, é classificada como investimento, portanto uma
despesa discricionária, tendendo a diminuir o recebimento de recursos nos anos
seguintes, fazendo-se de grande valor estudos cujo objetivo alcance a diminuição
dos gastos para o acompanhamento do cenário nacional. Sendo assim, esta
dissertação em uma primeira análise tem a intenção de apresentar uma metodologia
através de um modelo matemático da p-Mediana, que indique qual melhor destino
a ser enviada uma mercadoria do e-commerce, considerando a origem do usuário,
aplicando para isto, a minimização do custo de frete e do custo fixo dos Postos de
Venda de Fardamento Reembolsável (PRVF). Em uma segunda análise de
sensibilidade, são realizadas rodagens no modelo para apresentar a variação do
custo total dos postos a cada fechamento de funcionamento e, então, mostrar qual
o número ideal de PRVF que deve ser mantido aberto, para que a Aeronáutica
alcance o custo mínimo desta operação. / [en] Public administration has a budgetary responsibility ruled by a legislation
which establishes transparency in the adequacy of public resources. Guided by
these laws, the public budget is composed of the multi-year plan, budgetary
guidelines and annual budgets, which guarantee the estimate of revenue to be
applied in each financial year. It is essential that the acquisition planning and the
system structure consider the moment of budget restriction through the regulations
mentioned above and also the Fiscal Responsibility Law, which establishes the
expenditure ceiling and the nature to be complied with in the application of the
values. Action 21A0 for the Reimbursable Uniform System is considered an
investment, therefore a discretionary expense, tending to reduce the receipt of funds
in subsequent years, making studies of great value whose objective is to reduce
expenses for monitoring the national scenario. In this regard, this dissertation in a
first analysis intends to present a methodology through a p median mathematical
model, which indicates the best destination to be sent the e-commerce merchandise,
considering the user s origin, applying for this, the minimization of the freight cost
and the fixed cost of the Reimbursable Uniform Sale Points. In a second sensitivity
analysis, the model is run in order to present the operating cost of the stores based
on their closure, and then show the ideal number of PRVF that must be kept open
for the Air Force to reach the minimum cost of operation .
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[pt] ABORDAGENS EXATAS E HEURÍSTICAS PARA VARIANTES DO PROBLEMA DE ROTEIRIZAÇÃO COM ESTOQUE / [en] EXACT AND HEURISTIC APPROACHES FOR INVENTORY ROUTING PROBLEM VARIANTSDIEGO MOAH LOBATO TAVARES 06 December 2018 (has links)
[pt] Esta pesquisa trata de duas variantes do conhecido Problema de Roteirização de Veículos com Estoque (do inglês Inventory Routing Problem – IRP). O problema nasce num contexto de um sistema de Vendor Managed Inventory (VMI) no qual o fornecedor é responsável pela gestão de estoques do cliente. Tal problema é a junção dos problemas de transporte e gestão de estoques, que correspondem aos maiores custos em uma operação logística. Destarte este trabalho apresenta um modelo matemático para uma variante do IRP que considera que o fornecedor tem clientes dentro e fora do sistema de VMI. Este caso surge quando para alguns clientes não é interessante a realização do controle de seus estoques dentro do sistema de VMI, somente o atendimento de suas demandas. Além disto, o modelo contempla três diferentes tipos de políticas de gestão de estoques e é capaz de lidar com casos contendo vários períodos e vários veículos. Após sua elaboração, o modelo foi validado em instâncias do IRP, do Problema de Roteamento de Veículos (do inglês Capacitated Vehicle Routing Problem - CVRP) e instâncias próprias para a variante. Foram realizados também estudos sobre os impactos das diferentes políticas de gestão de estoques. Além do modelo matemático, foi desenvolvida uma meta-heurística híbrida que resolve uma variante do IRP considerando vários períodos e vários veículos. Cada movimento considerado durante a meta-heurística é divido em duas etapas, a primeira sendo a modificação da posição de um ou mais clientes nos veículos e períodos e uma segunda etapa que resolve de forma exata um Problema de Fluxo Máximo a Custo Mínimo para a atribuição ótima do volume de carga transportada para cada cliente por cada veículo em cada período. Esta abordagem é então testada em instâncias clássicas para esta variante do IRP, obtendo resultados que comprovam a eficiência do algoritmo. / [en] This research deals with two variants of the Inventory Routing Problem (IRP). This problem comes from the context of a Vendor Managed Inventory (VMI) system in which the vendor is responsible for managing the customer s inventory. It is the combination of transportation and inventory management problems, which correspond to the higher costs in a logistics operation. Hence, this paper presents a mathematical model for an IRP variant, in which the vendor has customers inside and outside the VMI system. This situation is presented when it is not interesting to manage the inventories of some clients within the VMI system, resulting only in meeting their demands. In addition, the model considers three different types of stock management policies and it can comprehend multiple periods and multiple vehicles. After its modelling, the model was validated using IRP instaces, the Vehicle Routing Problem (CVRP) and specific instances for this variant. The impacts of different inventory management policies were also analyzed. In addition to the mathematical model, a hybrid meta-heuristic was developed, which solves an IRP variant considering several periods and several vehicles. Each iteration of the metaheuristic is divided into two stages: the first is modifying the position of one or more customers attended by the vehicles and periods, and a second step that solves a Maximum Flow at Minimum Cost problem, to optimally assign the load volumes transported to each customer in each vehicle in each period. Then, this approach is tested in classical instances for this IRP variant, obtaining results that prove the efficiency of the algorithm.
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[pt] MODELO EM CÓDIGO ABERTO DE COOTIMIZAÇÃO DA ENERGIA E RESERVAS COM RESTRIÇÃO DE UNIT COMMITMENT PARA A PROGRAMAÇÃO DIÁRIA DA OPERAÇÃO SOB CRITÉRIO N-K / [en] OPEN SOURCE ENERGY AND RESERVE COOPTIMIZATION MODEL FOR DAY-AHEAD SCHEDULING WITH UNIT COMMITMENT CONSTRAINTS CONSIDERING N-K CRITERIONEROS DANILO MONTEIRO DE CARVALHO 18 December 2019 (has links)
[pt] O sistema elétrico de potência brasileiro, denominado Sistema Interli- gado Nacional – SIN, possui como órgão responsável pela operação o Op- erador Nacional do Sistema Elétrico – ONS. A fim de utilizar os recursos energéticos de forma a garantir a qualidade, confiabilidade e segurança no suprimento de energia elétrica ao menor custo total de operação, o oper- ador utiliza uma cadeia de modelos de otimização que subsidia a tomada de decisão no Programa Diário de Operação, implementado diariamente nas salas de controle do ONS e de agentes de geração para operação em tempo real. A etapa de Programação Diária do Operador Nacional do Sistema Elétrico busca estabelecer o despacho centralizado da geração e das reser- vas de potência a fim de atender à demanda prevista de energia elétrica considerando os limites da rede elétrica, das tecnologias de geração e a in- certeza de disponibilidade das unidades geradores e linhas de transmissão. Este trabalho propõe um modelo computacional programado em código aberto para a programação diária implementado na linguagem Julia. O modelo pertence à classe de modelos de unit commitment e considera a cootimização do despacho de geração e definição dos níveis de reservas em cada gerador do SIN para atender a critérios de segurança do tipo N − K . / [en] The Brazilian electric power system, called the National Interconnected System - SIN ( Sistema Interligado Nacional), has as its responsible institu- tion for operation the National Electric System Operator - ONS (Operador Nacional do Sistema Elétrico). In order to manage energy resources to en- sure quality, reliability and security of electricity supply at the lowest total operating cost, the operator uses a chain of optimization models that feeds the Daily Operation Program for decision-making, which is implemented everyday in the ONS and generators control rooms for real-time operation. The Daily Scheduling phase of the National Electric System Operator seeks to establish the centralized dispatch of generation and power reserves in order to meet the expected demand for electricity considering the limits of both the electrical grid and the generation technologies, along with the uncertainty of availability of generator units and transmission lines. This work proposes a computational model programmed in open-source for daily operation programming, implemented in the Julia language. The model be- longs to the unit commitment model class and it considers the generation dispatch cooptimization and reserve levels definition in each SIN generator to meet N-K safety criteria.
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[en] A FRAMEWORK FOR ASSESSING THE IMPACTS OF NETWORK FORMULATIONS IN THE OPERATION OF HYDROTHERMAL POWER SYSTEMS / [pt] UM FRAMEWORK PARA AVALIAR OS IMPACTOS DAS FORMULAÇÕES DE REDE NA OPERAÇÃO DE SISTEMAS DE ENERGIA HIDROTÉRMICAANDREW DAVID WERNER ROSEMBERG 25 February 2021 (has links)
[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.
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[pt] MODELOS DE PROGRAMAÇÃO ESTOCÁSTICA COM AVERSÃO A RISCO: CONSEQUÊNCIAS PRÁTICAS DA APLICAÇÃO DE CONCEITOS TEÓRICOS / [en] RISK AVERSE STOCHASTIC PROGRAMMING MODELS: PRACTICAL CONSEQUENCES OF THEORETICAL CONCEPTSDAVI MICHEL VALLADAO 17 November 2021 (has links)
[pt] Esta tese é composta por quatro artigos que descrevem diferentes formas de inclusão de aversão a risco em problemas dinâmicos, ressaltando seus aspectos teóricos e consequências práticas envolvidas em técnicas de otimização sob incerteza aplicadas a problemas financeiros. O primeiro artigo propões uma interpretação econômica e analisa as consequencias práticas da consistência temporal, em que particular para o problema de seleção de portfólio. No segunfo artigo, também aplicado à seleção de portfólio, é proposto um modelo que considera empréstimo como variável de decisão e uma função convexa e linear por partes que representa a existência de diversos credores com diferentes limites de crédito e taxas de juros. A performance do modelo proposto é melhor que as aproximações existentes e garante otimalidade para a situação de vários credores. No terceiro artigo, desenvolve-se um modelo de emissão de títulos de dívida de uma empresa que seja financiar um conjunto pré-determinado de projetos. Trata-se de um modelo de otimização dinâmico sob incerteza que considera títulos pré e pós-fixados com diferentes maturidades e formas de amortização. As principais contribuições são o tratammento de um horizonte longuíssimo prazo através de uma estrutura híbrida dos cenários; a modelagem detalhada do pagamento de cupons e amortizações; o desenvolvimento de uma função objetivo multi-critério que reflete o trade-off entre risco-retorno além de outras medidas de performance financeiras como a taxa de alavancagem (razão passivos sobre ativos). No quarto artigo é desenvolvido um modelo de programação estocástica multi-estágio para obter a política ótima de caixa de uma empresa cujo custo de investimento e o custo da dívida são incertos e modelados em diferentes regimes. As contribuições são a extensão de metodologia de equilíbrio dual para um modelo estocástico; a proposição de uma regra de decisão baseada na estrutura de regime dos fatores de risco que aproxima de forma satisfatória o modelo original. / [en] This PhD Thesis is composed of four working papers, each one with a respective chapter on this thesis, with contributions on risk averse stochastic programming models. In particular, it focuses on analyzing the practical consequences of certain theoretical concepts of decision theory, finance and optimization. The first working paper analyzes the practical consequences and the economic interpretation of time consistent optimal policies, in particular for well known portfolio selection problem. The second paper has
also a contribution to the portfolio selection literature. Indeed, we develop leverage optimal strategy considering a single-period debt with a piecewise linear borrowing cost function, which represents the actual situation faced by investors, and show a significant gap in comparison to the suboptimal
solutions obtained by the usual linear approximation. Moreover, we develop a multistage extension where our cost function indirectly penalizes the excess of leverage, which is closely related to the contribution of the next working paper. The contribution of the third working paper is to penalize excess of leverage in a debt issuance multistage model that optimizes over several types of bonds with fixed or floating rate, different maturities and amortization patterns. For the sake of dealing with the curse of dimensionality of a long term problem, we divide the planning horizon into a detailed part at the beginning followed by a policy rule approximation for the remainder. Indeed, our approximation mitigates the end effects of a
truncated model which is closely related to the contributions of the forth working paper. The forth paper develops a multistage model that seeks to obtain the optimal cash holding policy of a firm. The main contributions are a methodology to end effect treatment for a multistage model with
infinite horizon and the development of a policy rule as approximation of the optimal solution.
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[en] CO-OPTIMIZING POST-CONTINGENCY TRANSMISSION SWITCHING IN POWER SYSTEM OPERATION PLANNING / [pt] CO-OTIMIZANDO TRANSMISSION SWITCHING PÓSCONTINGÊNCIA NO PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃO DE SISTEMAS DE POTÊNCIA25 May 2020 (has links)
[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.
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[en] ASSESSING THE VALUE OF NATURAL GAS UNDERGROUND STORAGE IN THE BRAZILIAN SYSTEM: A STOCHASTIC DUAL DYNAMIC PROGRAMMING APPROACH / [pt] ESTIMANDO O VALOR DO ARMAZENAMENTO SUBTERRÂNEO DE GÁS NATURAL NO SISTEMA BRASILEIRO: UMA ABORDAGEM DE PROGRAMAÇÃO DINÂMICA DUAL ESTOCÁSTICALARISSA DE OLIVEIRA RESENDE 04 May 2020 (has links)
[pt] O cenário atual da indústria de gás natural brasileira é caracterizado por baixa maturidade e dinamismo de mercado. O comportamento estocástico da demanda por gás, somado volatilidade do preço de mercado do
GNL, motiva a utilização de estocagem subterrânea como forma de inserir flexibilidade no suprimento, além de promover proteção contra flutuação no preço. No entanto, a literatura existente carece de uma uma ferramenta analítica mais robusta para apoiar uma análise quantitativa dos benefícios que
a atividade UNGS poderia proporcionar à indústria de gás natural. Nesta tese, propomos um modelo de programação dinâmica estocástica para planejamento de longo/médio prazo, a fim de determinar a política ótima de fornecimento juntamente com a possibilidade de armazenamento de gás. Um modelo markoviano caracteriza a demanda termoelétrica, enquanto o preço de GNL é representado por um processo estocástico temporalmente independente. O modelo proposto é eficientemente resolvido usando o algoritmo de programação dinâmica dual estocástica para o estudo de caso brasileiro, considerando dados dos setores de gás e setor elétrico. Para uma escolha exógena, mas significativa, da localização e tamanho do armazenamento subterrâneo, observamos os benefícios operacionais e econômicos da
flexibilidade que esta atividade poderia proporcionar. Além disso, comparando os custos de OPEX e CAPEX de investimentos em infraestrutura de armazenamento em campos depletados e cavernas de sal com as economias proporcionadas pelo armazenamento na operação de fornecimento, é possível observar o benefício econômico da atividade de estocagem. A estrutura proposta fornece suporte quantitativo importante para discussões sobre precificação de infraestrutura e modelo de negócios para Armazenamento
Subterrâneo de Gás Natural. / [en] The current scenario of the Brazilian natural gas industry is characterized by low maturity and dynamism of the market.The stochastic behavior of Brazilian demand for natural gas, added to its associated market price volatility, motivates the usage of underground storage due to supply flexibility and protection against price fluctuations. However, the existing literature lacks a more robust analytical tool to support a quantitative analysis of the benefits that the UNGS activity could provide to the natural gas industry.
In this thesis, we propose a stochastic dynamic programming model for long/medium term planning to determine the supply optimal policy together with the possibility of storing gas. A markovian model characterizes thermoelectric demand while market price is represented by a stagewise independent
stochastic process. The proposed model is efficiently solved using the Stochastic Dual Dynamic Programming algorithm for the Brazilian case study considering realistic data for the actual gas network and electric power system. For an exogenous but meaningful choice of underground storage location
and size, we observe the operational and economic benefits of the provided storage flexibility. Additionally, comparing the OPEX and CAPEX costs of investments in storage infrastructure in depleted fields and
salt caverns with the savings provided by storage in the supply operation, it is possible to observe the economic benefit of storage. The proposed framework provides an important quantitative support for discussion about Underground Natural Gas Storage infrastructure pricing and business models.
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[pt] AVALIAÇÃO ECONÔMICA DE USINAS VIRTUAIS DE ENERGIA SOLAR E ARMAZENAMENTO DE ENERGIA EM BATERIAS NO CONTEXTO DA LEI 14.300/2022 DESENHADO A PARTIR DE UM MODELO ESTOCÁSTICO DE PROGRAMAÇÃO LINEAR INTEIRA MISTA / [en] ECONOMIC EVALUATION OF VIRTUAL POWER PLANTS COMBINING PHOTOVOLTAIC SYSTEMS AND BATTERY ENERGY STORAGE SYSTEMS UNDER LAW 14.300/2022 SCENARIO USING A STOCHASTIC MIXED-INTEGER LINEAR PROGRAMMING MODELKARINA MOSQUEIRA VALENTE 20 May 2024 (has links)
[pt] A perspectiva de queda nos preços dos sistemas fotovoltaicos e sistemas de
armazenamento de energia elétrica em baterias trouxe a possibilidade de maior
viabilidade econômica de projetos envolvendo recursos energéticos distribuídos.
No Brasil, a Resolução Normativa 482/2012 regulamentou a micro e mini
geração distribuída, estimulando, portanto, a integração desses recursos nas
redes de distribuição. Com a promulgação da Lei brasileira 14.300/2022, os
projetos de micro e mini geração distribuída foram impactados, uma vez que o
sistema de compensação de energia elétrica passou a ser parcial, o que demanda
agregar valor aos modelos de negócios baseados em geração distribuída.
Este trabalho propõe um modelo de Programação Linear Inteira Mista
estocástico com o objetivo de avaliar a viabilidade econômica de usinas virtuais compostas por diferentes configurações de recursos energéticos distribuídos, envolvendo baterias e painéis fotovoltaicos. Para atingir esse propósito,
o modelo busca dimensionar o contrato de energia anual ótimo, fornecendo
também a operação diária das baterias. Além de levar em consideração os
aspectos da Lei 14.300/2022, o modelo incorpora a prática de arbitragem tarifária. Colaborando, assim, com estudos que analisam os impactos regulatórios
sobre empreendimentos envolvendo baterias e painéis fotovoltaicos no contexto
brasileiro.
Com o intuito de abordar o tema de maneira ampla, o modelo proposto foi
implementado para recursos energéticos distribuídos organizados como usina
virtual, contendo: (i) um sistema fotovoltaico; (ii) um sistema de armazenamento de energia em baterias; (iii) um sistema híbrido (composto por um
sistema fotovoltaico e um sistema de armazenamento de energia em baterias);
e (iv) o estudo de caso da distribuidora de energia elétrica brasileira Energisa
Tocantins. Em todas as aplicações, analisou-se a viabilidade econômica da
usina virtual para as tarifas da Energisa Tocantins e outras 34 distribuidoras
brasileiras, representando pelo menos uma distribuidora por estado brasileiro.
Além disso, foram feitas comparações em relação à data de início de operação da usina virtual, evidenciando o impacto da Lei 14.300/2022 na viabilidade econômica das usinas virtuais analisadas, mostrando, assim, o impacto
da referida lei nos projetos de geração distribuída no Brasil. No estudo de
caso da distribuidora de energia elétrica brasileira Energisa Tocantins, foi realizada uma análise adicional contemplando aspectos da rede de distribuição
da própria Energisa Tocantins, onde os recursos energéticos distribuídos estão
alocados. Nessa análise adicional, foram avaliadas as perdas elétricas e seus
custos, bem como o perfil de tensão para dois casos de operação das baterias
e para o caso base, que seria o caso sem recursos energéticos distribuídos na
rede de distribuição Energisa Tocantins.
Os resultados evidenciaram que a implementação da Lei 14.300/2022
reduziu a atratividade de projetos envolvendo geração distribuída. No entanto,
em sua maioria, considerando os parâmetros adotados deste estudo, esses
projetos ainda se mostram viáveis economicamente. Levando em consideração
as perdas elétricas e o perfil de tensão, a integração de recursos energéticos
distribuídos na rede de distribuição pode trazer benefícios elétricos e redução
de custos, dependendo da operação dos recursos energéticos distribuídos,
demonstrando sua capacidade de fornecer serviços ancilares ao sistema elétrico.
Além disso, os sistemas fotovoltaicos ainda apresentam maior competitividade
se comparados com os sistemas híbridos ou os sistemas de armazenamento de
energia em baterias, proporcionando retornos financeiros mais atrativos. Por
fim, as diferentes amplitudes tarifárias influenciam diretamente na viabilidade
de projetos de geração distribuída envolvendo sistemas de armazenamento de
energia, já que quanto maior a amplitude tarifária, maior será a arbitragem
tarifária que tais sistemas podem proporcionar. / [en] The prospect of declining prices in photovoltaic systems and battery energy storage systems has brought about the possibility of greater economic
viability for projects involving distributed energy resources. In Brazil, Regulatory Resolution 482/2012 regulated micro and mini distributed generation,
thereby encouraging the integration of these resources into distribution networks. With the enactment of Brazilian Law 14.300/2022, projects involving
micro and mini distributed generation were impacted, as the net metering
system for electricity became partial, demanding the addition of value to distributed generation-based business models.
This work proposes a stochastic Mixed Integer Linear Programming
model aimed at evaluating the economic feasibility of virtual power plants
composed of different configurations of distributed energy resources, involving
batteries and photovoltaic panels. To achieve this purpose, the model seeks
to size the optimal annual energy contract, also providing the daily operation
of the batteries. In addition to considering the aspects of Law 14.300/2022,
the model incorporates tariff arbitrage practice, thus contributing to studies
analyzing regulatory impacts on ventures involving batteries and photovoltaic
panels in the Brazilian context.
In order to comprehensively address the topic, the proposed model was
implemented for distributed energy resources organized as virtual power plant,
containing: (i) a photovoltaic system; (ii) a battery energy storage system;
(iii) a hybrid system (composed of a photovoltaic system and a battery
energy storage system); and (iv) the case study of the Brazilian electric utility
Energisa Tocantins. In all applications, the economic viability of the virtual
power plant was analyzed for the tariffs of Energisa Tocantins and 34 other
Brazilian distributors, representing at least one distributor per Brazilian state.
Additionally, comparisons were made regarding the start date of operation of
the virtual power plant, highlighting the impact of Law 14.300/2022 on the
economic viability of the analyzed virtual power plants, thus demonstrating
the impact of said law on distributed generation projects in Brazil. In the case
study of the Brazilian electric utility Energisa Tocantins, an additional analysis
was conducted considering aspects of Energisa Tocantins distribution network,
where distributed energy resources are allocated. In this additional analysis,
electrical losses and their costs, as well as voltage profiles for two battery
operation scenarios and the base case (i.e., the case without distributed energy
resources in the Energisa Tocantins distribution network) were evaluated.
The results showed that the implementation of Law 14.300/2022 reduced
the attractiveness of projects involving distributed generation. However, for the
most part, considering the parameters adopted in this study, these projects
still demonstrate economic viability. Taking into account electrical losses
and voltage profiles, the integration of distributed energy resources into
the distribution network can bring electrical benefits and cost reductions,
depending on the operation of the distributed energy resources, demonstrating
their ability to provide ancillary services to the electrical system. Furthermore,
photovoltaic systems still exhibit greater competitiveness when compared to
hybrid systems or battery energy storage systems, providing more attractive
financial returns. Finally, different tariff amplitudes directly influence the
viability of distributed generation projects involving energy storage systems,
as the greater the tariff amplitude, the greater the tariff arbitrage that such
systems can provide.
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