Orientador: Dilson Amancio Alves / Banca: Marcos Julio Rider Flores / Banca: Rogério Rocha Matarucco / Resumo: O cálculo da capacidade de transferência de potência em sistemas interligados é calculado considerando o sistema como uma única área e uma única barra de folga. A máxima potência ativa que poderia ser transferida pelas linhas de intercâmbio, sem problemas relacionados com a estabilidade estática de tensão, é obtida efetuando-se a soma dos correspondentes fluxos nas linhas de intercâmbio no ponto de operação correspondente a máxima potência ativa. Cabe ressaltar que neste caso, o sistema de equações não inclui as equações do controle de intercâmbio entre áreas (CIA). Neste trabalho propõe-se a inclusão do CIA no fluxo de carga continuado de forma a possibilitar com isso a obtenção da capacidade de transferência de potência entre as diversas áreas, considerando múltiplas barras folga por área. Cada área atua como um sistema independente controlando seu intercâmbio no processo de carregamento do sistema. O objetivo é o de mostrar os efeitos resultantes desta inclusão sobre a capacidade de transferência de potência dentro de uma mesma área ou entre as diversas áreas. Utilizando-se o fluxo de carga continuado proposto, apresentam-se os resultados obtidos para os sistemas de IEEE de 9 barras, o New England 30 barras e o IEEE de 118 barras, os quais foram divididos em áreas com o objetivo de evidenciar as diferenças entre as margens de carregamento e de transferência de potência obtidas sem e com as restrições impostas pelo CIA. Foram realizados estudos sobre a capacidade de transferência de potência considerando-se duas formas distintas de carregamento e contingências de ramos do sistema. Dos resultados obtidos se constata a importância da consideração das equações do CIA nas análises relacionadas com a estabilidade estática de tensão, as quais podem conduzir, dependendo... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The calculation of power transfer capability of interconnected systems is calculated considering the system as a single area and a single bus slack. The maximum power active that could be transferred through the tie lines, without the problems related with the static voltage stability is obtained by making the sum of the corresponding flows the tie lines in operation point corresponding the maximum power active. In this case, the system of equations does not include equations of area interchange control (AIC). This work proposes the inclusion of AIC in continuation power flow, with this is possible to obtain the power transfer capacity between different areas, and multiple slacks buses per area. Each area acts as an independent system controlling its exchange in the process of loading system. The objective is to show the effects of this inclusion on power transfer capability within the same area or between different areas. Using the proposed continuation power flow, shows the results obtained in the IEEE 9 buses, New England 30 buses and IEEE 118 buses systems, which were divided in areas with the objective of evidencing the differences between the margins of loading and transfer power obtained with and without the restrictions imposed by the AIC. We realize studies about power transfer capacity considering two different ways of loading the system and branches contingencies of the system. The results obtained show the importance the consideration equations of AIC in the analysis related to the static voltage stability, which may lead, in each case and the system in analysis, an increase or decrease active power transfer capability. The analysis also enables a better understanding of the effects of the loop flow, that are... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

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: Rubén Augusto Romero Lázaro / Co-orientador: Marina Lavorato Oliveira / Banca: José Roberto Sanches Mantovani / Banca: Sergio Azevedo de Oliveira / Banca: Carlos Roberto Mendonça da Rocha / Banca: Luiz Gustavo Wesz da Silva / Resumo: A presente pesquisa apresenta uma análise teórica de alguns tópicos relevantes de programação linear relacionados ao método simplex. A motivação de analisar esses tópicos é torná-los mais didáticos e incentivar a aplicação dos mesmos na otimização de sistemas de energia elétrica e, em geral, na aplicação na otimização de problemas de engenharia. O método simplex em programação linear (PL) que foi por muito tempo a principal técnica de otimização de problemas de otimização lineares e não lineares (usado após a linearização) ainda é o mais utilizado na otimização de muitos problemas reais na engenharia e particularmente na engenharia elétrica. O método simplex resolve um problema de programação linear usando uma estratégia conceitualmente refinada. Para conhecer todas as versões do método simplex que podem ser usadas para resolver um problema de programação linear e também para dominar a parte conceitual do mesmo é necessário entender o ótimo de um problema de programação linear, quando um problema de programação linear é ilimitado, a lógica de otimização do método primal simplex, as condições nas quais um método simplex precisa de variáveis artificiais, o método primal simplex revisado, a teoria da dualidade em programação linear, a lógica de otimização do método dual simplex, a teoria da análise de sensibilidade e p ́os-otimizac ̧ão em programação linear, a lógica de otimização do método primal simplex canalizado bem como do método dual simplex canalizado. O produto desta pesquisa consiste em gerar um material didático que ajude de forma mais eficiente aos iniciantes em tópicos de pesquisa operacional. Desta forma, apresenta-se uma análise teórica e a reformulação de alguns tópicos relevantes relacionados com o método simplex na resolução de problemas de PL / Abstract: This research presents a theoretical analysis of some relevant topics related to linear programming via simplex method. The motivation of analyzing these topics makes them more didactic and easy to understand. As these kinds of methodologies are fast and unequivocal, they are applicable in various real-world engineering problems particularly in the field of power system optimization. In linear programming (LP), the simplex method has been the main technique to optimize the linear problem as well as the linearized problem (a problem with the nonlinear nature). The simplex method solves a linear programming problem using a conceptually refined strategy. In order to understand all of the available versions of the simplex method that can be used to find the solution of a linear programming problem and in order to have a detail study on them, it is necessary to understand: the optimality of such problems, where a linear programming problem is limited, the logic of optimization of the primal simplex method, in which condition a simplex method needs artificial variables, the revised primal simplex method, the duality theory in linear programming, the logic of optimization of the dual simplex methodology, the theory of sensitivity analysis and post-optimization in linear programming, and the logic of the primal or dual simplex for the boundary variables. The output of this research is to prepare a didactic reference and a user manual to help the beginner researchers in operations research. Therefore, a theoretical analysis and reformulation of some relevant topics related to the simplex method for solving LP problems is presented / Doutor

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: Luis Carlos Origa de Oliveira / Resumo: Nos últimos anos, o setor elétrico brasileiro como um todo, vem sofrendo uma série de mudanças provocadas por diversos fatores. Entre eles, destaca-se a utilização cada vez maior de cargas potencialmente perturbadoras em todas as classes de consumo e também o anseio dos consumidores em contar com uma energia de melhor qualidade e sem interrupções. Notadamente, o aumento da utilização destas cargas potencialmente perturbadoras tem provocado um aumento significativo das distorções harmônicas nas formas de onda das tensões e correntes ao longo dos alimentadores, gerando grandes desafios não somente no que diz respeito ao fornecimento de uma energia elétrica com qualidade e dentro de padrões normatizados, mas como também para a operação de equipamentos, como por exemplo, o regulador de tensão. Neste contexto, esta dissertação tem como objetivo principal avaliar a operação de reguladores de tensão em redes de distribuição de energia elétrica com elevados níveis de distorção harmônica de corrente, avaliando as implicações da penetração harmônica em seus módulos de controle, que, eventualmente, estão associadas a falhas de operação na comutação de tap’s e consequentemente na ação de regulação de tensão. / 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