Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2016-08-16T16:20:37Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1299970 bytes, checksum: b68d1ec1b5ed7c9f54caea64302a14ae (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-16T16:20:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1299970 bytes, checksum: b68d1ec1b5ed7c9f54caea64302a14ae (MD5) Previous issue date: 2016-02-19 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / As perdas de água em reservatórios hidrelétricos por evaporação tem grande influência no volume disponível para os múltiplos usos e na garantia de atendimento das demandas de água. Nesse contexto, a pegada hídrica de hidrelétricas, um indicador calculado pela relação entre o consumo de água de usinas hidrelétricas e a energia produzida, fornece uma base para a discussão sobre a alocação da água e as questões relacionadas ao seu uso sustentável, equitativo e eficiente. Estimativas atualizadas e precisas da evaporação em reservatórios hidrelétricos brasileiros são, portanto, fundamentais para o melhor gerenciamento dos recursos hídricos. Dessa forma, o objetivo do presente trabalho foi estimar a evaporação, a partir da aplicação dos métodos de Penman (1948), Linacre (1993), Kohler et al. (1955), Morton (1983a) e deBruin & Keijman (1979), nos reservatórios de Tucuruí- PA e de Lajeado-TO; e caracterizar a pegada hídrica das Usinas Hidrelétricas de Tucuruí e Lajeado com base na sua produção de energia elétrica e taxas de evaporação mensais e anuais. Foram utilizados dados climatológicos mensais, obtidos das estações meteorológicas de Tucuruí (OMM: 82361) e de Palmas (OMM: 83033), fornecidos pelo Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) e dados de geração mensal de energia elétrica, fornecidos pelas empresas Eletronorte e Investco. A comparação entre os diferentes métodos foi realizada utilizando-se como padrão o método de Penman, sendo analisada a variância e os testes de Dunnett e Tukey. A partir dos valores estimados de taxa de evaporação nos reservatórios foi possível obter a vazão equivalente à lâmina evaporada e a vazão evaporada líquida nas bases anual e mensal. A pegada hídrica das hidroelétricas foi avaliada por três métodos. O primeiro método (PH-1) considera somente o consumo bruto de água pelo sistema de geração de energia hidrelétrica, enquanto o segundo método (PH-2) considera o consumo líquido de água, e o terceiro método (PH-3) contabiliza o balanço líquido de água. Os resultados permitiram constatar que as evaporações médias anuais nos reservatórios de Tucuruí e Lajeado, estimadas pelo método de Penman, foram similares, com valores de 1.784 mm e 1.882 mm, respectivamente. Os métodos de Linacre; Kohler et al.; Morton e deBruin & Keijman não podem ser utilizados para a estimativa da evaporação média anual nos reservatórios de Tucuruí e Lajeado em substituição ao método de Penman. Os métodos de Linacre e deBruin & Keijman apresentaram comportamento similar ao de Penman para o período mais seco do ano em Tucuruí, podendo ser utilizados para a estimativa da evaporação mensal do reservatório neste período. As vazões médias anuais evaporadas nos reservatórios de Tucuruí e Lajeado, estimadas pelo método de Penman, foram de 163 m 3 /s e 38 m 3 /s, o que corresponde a 1,5% e 1,6% da vazão natural média do rio Tocantins nas respectivas localidades. Já as vazões líquidas médias anuais evaporadas nos reservatórios de Tucuruí e Lajeado foram de 69 m 3 /s e 16 m 3 /s, o que corresponde a 0,6% e 0,7% da vazão natural média do rio Tocantins nas respectivas localidades. As estimativas da pegada hídrica média anual para o reservatório de Tucuruí, pelos métodos PH-1, PH–2 e PH–3 foram de, respectivamente, 49 m 3 /GJ, 26 m 3 /GJ e -21 m 3 /GJ, enquanto para Lajeado as estimativas foram de 95 m 3 /GJ, 48 m 3 /GJ e 21 m 3 /GJ. A média da área do reservatório por unidade de capacidade instalada da hidrelétrica de Tucuruí foi de 34 ha/MW, enquanto para Lajeado o valor foi de 70 ha/MW. Considerando as estimativas de pegada hídrica, Tucuruí apresentou maior eficiência hídrica em relação à Lajeado devido à menor razão entre a superfície do seu reservatório e a sua capacidade hidroelétrica instalada. / Knowledge of the evaporative losses in hydroelectric reservoirs has great influence in determining the volume of water available for multiple uses and ensuring compliance with the demands of water. In this context, the water footprint of hydropower, an indicator calculated by the ratio of water consumption of hydropower plants and the energy produced, provides a basis for discussion on the allocation of water and issues related to sustainable, fair and efficient use. More updated and accurate estimates of evaporation in Brazilian hydroelectric reservoirs are therefore extremely important to a better management of water resources. Thus, the aim of this study was to estimate evaporation based on the application of mathematical methods proposed by Penman (1948), Linacre (1993), Kohler et al. (1955), Morton (1983a) and deBruin & Keijman (1979), in the reservoirs of Tucuruí-PA and Lajeado-TO; and characterize the water footprint of hydropower plants of Tucuruí and Lajeado based on their production of electricity and monthly and annual evaporation rates. Climatological data were obtained from the meteorological stations of Tucuruí (OMM: 82,361) and Palmas (WMO: 83033), provided by the Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), and monthly power generation data were provided by Eletronorte and Investco companies. The comparison between the different methods was performed by using Penman as the standard method, and analyzing the variance and Dunnett and Tukey tests. From the estimated values of evaporation rate in the reservoirs, it was possible to obtain the evaporated discharge and the net evaporated discharge the annual and monthly basis. The water footprints of the hydroelectric power plants were evaluated by three different methods. The first method (PH-1) considered only the gross consumption of water by the hydroelectric power generation system, the second method (PH-2) considers the net water consumption, while the third method (PH-3) accounts the net water balance. The results demonstrated that the average annual evaporation in Tucuruí and Lajeado reservoirs, estimated by the standard method, were similar, and correspond, respectively, to 1.784 mm and 1.882 mm, respectively. Linacre; Kohler et al.; Morton and Bruin & Keijman methods cannot be used to estimate the average annual evaporation in Tucuruí and Lajeado reservoirs in substitution of the Penman method. Linacre and deBruin & Keijman methods exhibit similar behavior to Penman in the driest period of the year for Tucuruí and can be used for the estimation of monthly evaporation from the reservoir in this period. The average annual evaporated discharges in Tucuruí and Lajeado reservoirs, estimated by Penman method, were 163 m 3 /s and 38 m 3 /s, respectively, which corresponds to 1,5% and 1,6% of the average natural discharge of the Tocantins river in the respective localities. However, the average annual net evaporated discharges in Tucuruí and Lajeado reservoirs were 69 m 3 /s and 16 m 3 /s, which corresponds to 0,6% and 0,7% of the average natural flow of the river Tocantins in the respective localities. Estimates of the average annual water footprint for Tucuruí reservoir, by PH-1, PH-2 and PH-3 methods were, respectively, 49 m 3 /GJ, 26 m 3 /GJ and -21 m 3 /GJ, while for Lajeado these estimates were 95 m 3 /GJ, 48 m 3 /GJ and 21 m 3 /GJ. The average reservoir area per unit of installed capacity for Tucuruí dam was 34 ha/MW, while for Lajeado this value was 70 ha/MW. Considering the water footprint estimates, Tucuruí has showed greater water efficiency in relation to Lajeado due to the lower ratio between the surface of its reservoir and its installed hydroelectric capacity.

No sistema hidrotérmico de potência brasileiro predomina a utilização de fontes hidráulicas que correspondem à cerca de 92% da geração de energia. Assim, os reservatórios das usinas hidroelétricas assumem o importante papel de reguladores das vazões de muitos rios. O objetivo do controle de cheias é regular estas vazões evitando danos à própria usina, às regiões a jusante e às cidades ribeirinhas. As técnicas de controle de cheias em usinas hidroelétricas baseiam-se em alocação de volumes vazios nos reservatórios, os chamados volumes de espera, a fim de amortecer futuras cheias. Porém estas técnicas necessitam de profundos estudos e análises, pois a permanência destes volumes vazios prejudica a geração de energia. Neste trabalho faz-se o estudo de quatro metodologias para a alocação do volume de espera, algumas entre as mais utilizadas e outras inovadoras, as quais são: (i) Método da Curva Volume X Duração, o primeiro método aplicado no setor elétrico brasileiro; (ii) Método da Curva Volume X Duração por Janelas, que introduz o conceito de janelas aplicados ao método anterior; (iii) Método das Trajetórias Críticas, atualmente muito aplicado no setor elétrico brasileiro e que se baseia em um algoritmo recursivo; (iv) Método das Equações Diferencias Estocásticas, que modela a onda de cheia como um modelo de difusão de Markov. As metodologias são aplicadas a usinas hidroelétricas do Sistema Hidroelétrico Brasileiro e os resultados são comparados, considerando o impacto causado pela alocação dos volumes de espera à geração de energia. / In the Brazilian hydrothermal power system the use of hydropower corresponds to about 92% of the total energy generation. Hence the reservoirs of the hydroelectric power plants assume the important role of regulating the water flow of many rivers. The objective of flood control is to regulate the power plants releases preventing damages to the plants themselves, to downstream regions and to marginal cities. The food control techniques in hydroelectric power plants are based on the allocation of empty volumes in the reservoirs, in order to accommodate future water inflow peaks. As the maintenance of these empty volumes harms the energy generation, the techniques applied to their determination need careful studies and analyses. In this work four methodologies to specify the needed empty volumes are investigated: (i) Method of Curve Volume X Duration, the first method applied in the Brazilian Power System; (ii) Method of Curve Volume X Duration by Windows which applies the concept of time windows to the method (i); (iii) Method of the Critical Trajectories, currently very applied in the Brazilian Power System, which is based on a recursive algorithm; (iv) Method of the Stochastic Differentiate Equations which shapes the water inflows peaks as a Markov Diffusion Model. The methodologies are applied to hydroelectric plants of the Brazilian Hydroelectric System, determining different empty volumes. The impacts of these different empty volumes on the energy generation are evaluated throughout simulation studies.

No sistema hidrotérmico de potência brasileiro predomina a utilização de fontes hidráulicas que correspondem à cerca de 92% da geração de energia. Assim, os reservatórios das usinas hidroelétricas assumem o importante papel de reguladores das vazões de muitos rios. O objetivo do controle de cheias é regular estas vazões evitando danos à própria usina, às regiões a jusante e às cidades ribeirinhas. As técnicas de controle de cheias em usinas hidroelétricas baseiam-se em alocação de volumes vazios nos reservatórios, os chamados volumes de espera, a fim de amortecer futuras cheias. Porém estas técnicas necessitam de profundos estudos e análises, pois a permanência destes volumes vazios prejudica a geração de energia. Neste trabalho faz-se o estudo de quatro metodologias para a alocação do volume de espera, algumas entre as mais utilizadas e outras inovadoras, as quais são: (i) Método da Curva Volume X Duração, o primeiro método aplicado no setor elétrico brasileiro; (ii) Método da Curva Volume X Duração por Janelas, que introduz o conceito de janelas aplicados ao método anterior; (iii) Método das Trajetórias Críticas, atualmente muito aplicado no setor elétrico brasileiro e que se baseia em um algoritmo recursivo; (iv) Método das Equações Diferencias Estocásticas, que modela a onda de cheia como um modelo de difusão de Markov. As metodologias são aplicadas a usinas hidroelétricas do Sistema Hidroelétrico Brasileiro e os resultados são comparados, considerando o impacto causado pela alocação dos volumes de espera à geração de energia. / In the Brazilian hydrothermal power system the use of hydropower corresponds to about 92% of the total energy generation. Hence the reservoirs of the hydroelectric power plants assume the important role of regulating the water flow of many rivers. The objective of flood control is to regulate the power plants releases preventing damages to the plants themselves, to downstream regions and to marginal cities. The food control techniques in hydroelectric power plants are based on the allocation of empty volumes in the reservoirs, in order to accommodate future water inflow peaks. As the maintenance of these empty volumes harms the energy generation, the techniques applied to their determination need careful studies and analyses. In this work four methodologies to specify the needed empty volumes are investigated: (i) Method of Curve Volume X Duration, the first method applied in the Brazilian Power System; (ii) Method of Curve Volume X Duration by Windows which applies the concept of time windows to the method (i); (iii) Method of the Critical Trajectories, currently very applied in the Brazilian Power System, which is based on a recursive algorithm; (iv) Method of the Stochastic Differentiate Equations which shapes the water inflows peaks as a Markov Diffusion Model. The methodologies are applied to hydroelectric plants of the Brazilian Hydroelectric System, determining different empty volumes. The impacts of these different empty volumes on the energy generation are evaluated throughout simulation studies.

Orientador: Sergio Valdir Bajay / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica / Made available in DSpace on 2018-07-20T21:47:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_ValdenbergAraujoda_D.pdf: 5657936 bytes, checksum: 05e29cdf0014631b47f1e5007fc2cee0 (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: Desenvolveu-se, neste trabalho, uma nova abordagem para o problema da expansão conjunta da geração e transmissão de energia elétrica em sistemas hidrotérmicos de potência. O objetivo é determinar a capacidade das usinas candidatas que entrarão no sistema, a data de entrada em operação das unidades geradoras, o seu nível de operação, as novas linhas de transmissão e seu nível de tensão, bem como os corredores para a sua instalação. A modelagem proposta torna o método de Benders atraente para a resolução do problema, pois a peculiaridade da formulação permite decompor o problema original em subproblemas menores e esses, por sua vez, em outros subproblemas menores ainda, desacoplados entre si. No subproblema de operação do parque gerador propõe-se um tratamento probabilístico para a estocasticidade das vazões afluentes aos reservatórios das usinas hidroelétricas. Na modelagem em questão incluiu-se, ainda, aquelas incertezas às quais não se pode associar probabilidades, como as incertezas sobre a evolução do mercado e as incertezas no custo das obras. A inclusão desses elementos possibilita a obtenção de estratégias de expansão flexíveis, que facilmente permitiram correções de rumo e que não são usualmente produzidas com as metodologias tradicionais de planejamento da expansão do setor elétrico. Metodologias como a desenvolvida nesta tese para o planejamento da expansão dos sistemas elétricos deverão ser adotadas nos próximos anos pelo setor elétrico brasileiro, pois somente assim poder-se-á obter soluções mais baratas e confiáveis, do ponto de vista de garantia do suprimento, dadas as enormes incertezas que hoje permeiam o processo de planejamento neste setor. Estas incertezas resultam do esgotamento do atual modelo institucional e financeiro do setor no país e o surgimento de novos "atores", como os produtores independentes e autoprodutores com venda de energia excedente, e novos arranjos contratuais, como os regulamentando o "aluguel" de linhas de transmissão e distribuição ou definindo os termos das compras de mercados "spot" e de "futuros", na busca de uma ainda mal compreendida "nova ordem", mais competitiva, no setor, conforme discutido sinteticamente em um dos capítulos desta tese. Além disso, a otimização conjunta das expansões do parque gerador e da rede de transmissão e a simulação individualizada da operação dos reservatórios das usinas hidroelétricas, conforme proposto nesta tese, serão essenciais na nova estrutura, bem mais descentralizada, do planejamento do setor no país. A coordenação "central" do planejamento setorial será essencialmente de caráter / Abstract: A new approach is developed in this work for the joint generationltransmission expansion planning of hydrothermal electric power systems. The goal is to determine the generating capacity of the candidate plants, the commissioning dates of their generating units, their production scheduling, the new transmission lines and their voltage levels, as well as the power corridors to house them. The proposed modeling makes attractive the use of the Benders method to solve the problem, since the later can be decomposed in smaller subproblems, that, in turn, can be divided in even smaller ones, uncoupled among them. In the generators schedulling subproblem a probabilisticcalculation is put forward to take care for the stochastic nature of the hydro power plant reservois inflows. In such a modeling, those uncertainties which probabilities can not be associated to, such as the uncertainties about the market evolution and those related to the plants costs, are included too. Dealing with them allows the obtention of flexible expansion strategies, easy to modify later, whenever necessary; usually they are not produced by the power sector traditional expansion planning tools. Methodologies such as the proposed in this thesis for the joint expansion planning of the generation and transmission systems should be adopted by the Brazilian electric power sector in the next years, since this is the only way to arrive at cheap and reliable, in terms of power supply, solutions in the highly uncertain planning environrnent found in the sector today.These uncertainties accrue ttom the exhaustion of the current institutional and finantial model of the sector in the country and the upsurge of the new "actors", as the independent producers and the selfproducers selling surplus power, and new types of contracts, such as those regulating the "wheeling" of power transmission and distribution lines or defining the terms of the spot market purchase, in the search of a still badly undesrtood new, more competitive, "order" for this sector, as sintheticaly discussed in one of the chapters of this thesis. Furthemore, the joint expansion optimization of the power stations and the transmission grid and the individualsimulationof the operation of each hydro plant reservoi, as proposed in this thesis, will be essential in the more descentralized planning structure for the sector in the country. a "central" coordination of this planning will be essentially indicative, defining "therms of reference" for the negotiations among companies and providing technical subsidies for the governrnent regulating bodies for the sector / Doutorado / Automação / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Paulo Sergio Franco Barbosa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil / Made available in DSpace on 2018-07-22T14:21:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Francato_AlbertoLuiz_M.pdf: 8720491 bytes, checksum: e275f78e3362a1653b65a6287f0ca43c (MD5) Previous issue date: 1997 / Mestrado

O campo magnético estabelecido no entreferro das máquinas síncronas é responsável pela transmissão do torque e potência desejados, porém é também precursor de forças radiais inerentes. Tais forças combinadas à resposta dinâmica do sistema mecânico podem resultar em vibração excessiva do núcleo do estator, o que em geral é indesejável devido a eventuais danos e redução de vida útil decorrentes. Este trabalho tem como objetivo principal desenvolver modelos e simulações focados nas forças eletromagnéticas atuantes no núcleo do estator de tal forma que estes possam contribuir para compreensão global dos fenômenos envolvidos bem como para refinamento de resultados já conhecidos. De forma complementar, modelos mecânicos analíticos do núcleo do estator existentes na literatura serão explorados com a finalidade de, em conjunto com as forças eletromagnéticas encontradas, se obter o comportamento vibracional global da estrutura do núcleo do estator. Validação experimental dos resultados também é discutida com base em ensaios em duas máquinas reais. / The magnetic field established in the airgap of a synchronous machine is responsible for the desired torque and power transmission; however it is also precursor of inherent radial forces. Such forces combined to the dynamic response of the mechanical system can result in excessive stator core vibration, what is in general undesirable due to eventual damages and life span reduction. This work has the main objective of developing models and simulations focused on the electromagnetic forces acting on the stator core in such a way that they can contribute for the global comprehension of involved phenomena as well as for the refinement of already known results. Complementarily, analytical mechanical models of the stator core available in the literature will be explored with the goal of, in conjunction with the obtained electromagnetic forces, deriving the global vibrational behavior of the stator core structure. Experimental validation of results is also discussed based on tests performed in two real machines.

Orientador: Luiz Felipe Mendes de Moura / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T08:00:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rodrigues_AlexCristiano_M.pdf: 7859697 bytes, checksum: f1415c4744eaf2e3068a564f5afe9f1c (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Este trabalho apresenta a utilização de um modelo numérico para a determinação das forças hidrodinâmicas atuantes em comportas planas tipo vagão, utilizadas em obras de desvio de Usinas Hidrelétricas. Para isso foi utilizado o software comercial Fluent, onde foi gerado um modelo numérico tridimensional para diversas aberturas da comporta vagão ensecadeira, a qual é responsável pelo fechamento em definitivo do desvio. A validação dos resultados numéricos foi realizada através da comparação de dados de um modelo físico reduzido previamente estudado em laboratório, onde constatou-se a correta captação e interpretação dos fenômenos hidráulicos presentes, permitindo utilizar sua metodologia para aplicações em obras semelhantes. A vazão e seu respectivo coeficiente de descarga apresentaram diferenças médias da ordem de 8%, as pressões atuantes no fundo do canal apresentam diferenças máximas de 3,6%, enquanto que os esforços hidrodinâmicos registraram diferenças médias de 7%. As maiores variações foram observadas nas menores aberturas, quando a vazão é determinada pela comporta, e as velocidades são mais altas. A título de comparação dos fenômenos hidráulicos, foram levantados os dados pertinentes a outros três ensaios físicos de túneis de desvio. Estes resultados foram comparados com o ensaio numérico e a formulação teórica, indicando que esta última, de uma forma geral, possui resultados mais conservadores / Abstract: This work presents a proposal of a numerical model to determine the hydraulic forces acting in fixed wheel gates utilized in hydroelectric power plants. Fluent commercial CFD (computational fluid dynamics) software was used to generate a three-dimensional model of the hydraulic gate; different models were generated for different opening positions of the hydraulic gate. The results obtained from the numerical model were validated by comparing them to results obtained from a reduced model previously built in a hydraulic laboratory. When comparing these results it was possible to realize that the numerical model could well represent the hydraulic effects, allowing possibility of the methodology application for similar works. The volume flow and discharge coefficients presented a average variation of 8%; pressure distribution at the bottom of the canal presented a average variation of 3,6%; and hydraulic forces presented an average of 7% difference. Higher differences occurred at lowest openings, when the flow is mostly controlled by the gate and speed is higher. As a complement to the work, results from three other laboratory reduced models were compared to analytical proposals found in literature and numerical simulation results. These comparisons show that these analytical models are usually conservative / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Aurelio Ribeiro Leite de Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-08T20:42:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carvalho_SilviaMariaSimoesde_M.pdf: 6750487 bytes, checksum: 1f809b8802cfd855d0f605082cce7537 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Neste trabalho os métodos de pontos interiores primal-dual são utilizados para minimizar os custos e perdas na geração e transmissão do pré-despacho de fluxo de potência com corrente contínua (DC) em um sistema hidroelétrico com manobras previamente programadas. É realizado também o estudo da estrutura matricial desse problema e a alteração que ela impõe ao sistema. Uma função desenvolvida em Matlab que controla as manobras é exibida, e é adaptada na implementação de pontos interiores que não considera manobras, previamente desenvolvida. É realizada uma discussão sobre sua eficiência e algumas melhorias são propostas. É importante salientar que do ponto de vista computacional, o esforço por iteração para se resolver um problema com e sem manobras é semelhante, os motivos pelos quais isso ocorre também serão discutido nesse trabalho. Resultados computacionais com sistemas testes da IEEE e sistemas reais brasileiros comprovam esta afirmação / Abstract: In this work, the prima-dual interior point methods are used to minimize the DC predispatch generation and transmission costs on hydroeletric systems with previously scheduled maneuver. A study of the matrix structure is also performed considering the changes that occurs in the system after maneuvering. A function, developed in Matlab that controls the maneuver is shown and is adapted in the implementation of interior point methods already developed for the problem without maneuvers. It is important to stress that the computational effort to solve a problem with maneuver is close to the effort for solving the problem without it, the reason for it will be discussed ih this work. Computer results with test systems of the IEEE and real Brazilian systems reinforce this statement / Mestrado / Matematica Aplicada / Mestre em Matemática Aplicada

As metodologias normalmente utilizadas para otimizar as dimensões de uma usina hidroelétrica, incluindo os métodos empregados pelo Setor Elétrico Brasileiro, baseiam-se em análises do tipo custo/benefício. Os custos provêm de gastos diretos com a construção da usina e os benefícios correspondem a receitas proporcionadas pela venda de energia. Para avaliar os benefícios, são realizadas simulações da operação da usina e a energia produzida é valorizada economicamente. Esta necessidade das simulações da operação faz com que o problema de dimensionamento não possua uma função analítica explícita para determinar os benefícios energéticos, o que dificulta a implementação de métodos tradicionais de otimização. O objetivo deste trabalho é justamente desenvolver e implementar uma metodologia de dimensionamento que permita que o processo de busca pelas dimensões ótimas seja automático. Para tanto, acoplam-se um modelo de otimização evolutiva e um modelo de simulação da operação de sistemas hidroelétricos. Adicionalmente, o modelo proposto também deve ser flexível, permitindo que as regras de operação do sistema hidroelétrico, o conjunto de vazões afluentes, a forma de valorização da energia gerada e uma série de outros fatores sejam tratados como parâmetros do modelo. Os resultados encontrados indicam que, sob o ponto de vista computacional, o modelo proposto é automático, flexível e eficiente. Além disso, as várias análises de sensibilidade realizadas atestam a consistência da metodologia proposta e permitem avaliar a forma como os diferentes parâmetros do modelo influenciam as próprias dimensões da usina sob dimensionamento. A partir destas análises, sugerem-se algumas medidas de regulamentação e planejamento para que as dimensões de novas usinas não sejam determinadas a partir de sinalizações imprecisas de parâmetros que influenciam de forma decisiva suas dimensões ótimas. / The methods normally applied to optimally size a hydropower plant, including the ones used by the Brazilian Power Industry, are based on cost/benefit analysis. The costs are due to direct expenses with the hydropower plant construction and the benefits correspond to incomes from selling energy. The benefits are evaluated throughout computing simulations of the hydropower plant operation, followed by the assignment of an economical value to the energy produced by it. The need for computing simulations turns out a non-analytical objective function for the sizing problem, what makes the use of traditional optimization tools very hard. The objective of this work is just to develop and implement a sizing method that automatically performs the search for the optimal sizes of a hydropower plant. The proposed method combines an evolutionary optimization technique and a simulation model for the operation of hydropower systems. Additionally, the proposed model is also flexible in the sense that the operation rules for the hydroelectric system simulation, the set of water inflows, the way the energy is valued and some other factors that may influence the results are treated as parameters. The results show that, from the computing point of view, the proposed method is automatic, flexible and efficient. Furthermore, the sensitivity analyses performed validate the method consistency and establish relationships among the different parameters and the way they affect the optimal features of the new hydropower plant. Based on the results of such analyses, some regulation and planning measures are suggested in order to avoid sizing hydropower plants with mistaken parameters that can substantially change its optimal features.

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