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Orientadores: Secundino Soares Filho, Anibal Tavares de Azevedo Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: A otimização determinística da operação de médio prazo de sistemas hidrotérmicos de potência é um problema não-linear de grande porte. Neste trabalho, ele é resolvido com a devida consideração das restrições de fluxo de intercâmbio energético entre os subsistemas em um único modelo. Para tanto, fez-se necessária a representação explícita do balanço energético, definido como a soma das gerações hidro e termelétrica e do intercâmbio líquido, tal que a demanda de carga seja atendida. As dificuldades algébricas e computacionais impostas pela formulação do problema são contornadas por meio de um método de pontos interiores primal-dual não-linear. Nele, é empregada busca unidimensional com filtro que, dada a implementação proposta, apesar de não garantir convergência global, mostrou-se eficaz em todas as instâncias de testes numéricos realizados, dispensando o uso de funções de mérito. A estrutura esparsa bloco-diagonal das restrições do problema é explorada com vistas à obtenção de melhor desempenho computacional. Resultados dos estudos de caso numéricos para dados reais do sistema elétrico brasileiro sob diferentes configurações são apresentados. Abstract: This work presents the solution of the medium-term operation scheduling problem for hydrothermal power systems, a complex large-scale nonlinear problem, with consideration of power exchange between interconnected systems. This required the need to explicitly represent the power balance nonlinear equations, defined as the sum of hydro and thermal outputs, and net power imports such that load demand is attained. Algebraic and computational difficulties arisen by the problem formulation are overcome by the use of a nonlinear primal-dual interior-point line search filter method. A line search filter procedure is chosen for these are known to generally outperform penalty merit functions. Although the implementation proposed herein does not guarantee global convergence, it has shown to be very efficient for all numerical tests performed. In addition, the problem's block-constraint structure is exploited for means of improved computational efficiency. Results for diverse numerical tests applied to the Brazilian power system are shown. Doutorado Energia Elétrica Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Secundino Soares Filho Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: O Planejamento da Operação Energética (POE) de sistemas hidrotérmicos é um problema de otimização dinâmico, estocástico e não linear que visa determinar a política operativa que minimiza o custo esperado de operação ao longo de um horizonte de planejamento. Embora na literatura existam muitas estratégias para o cálculo das políticas operativas propostas para o POE, poucos trabalhos comparam suas características e seus desempenhos. Esta tese revisita técnicas de programação dinâmica e de controle preditivo para obter políticas operativas para o POE tendo como objetivo comparar de forma acurada seus desempenhos. Para que as abordagens pudessem ser comparadas sem simplificações oriundas da complexidade computacional do problema para sistemas de múltiplos reservatórios, este trabalho estuda a instância mínima do sistema, constituído de uma usina hidrelétrica com reservatório e uma usina termelétrica de custo quadrático de geração. Além disso, as políticas foram calculadas em regime permanente para que condições de contorno não influenciassem os resultados. Os estudos de caso analisam também a solução da otimização com perfeita previsão das vazões, usando-a como referência para a comparação de desempenho das políticas. Este estudo contempla quatro diferentes usinas brasileiras e inclui a análise de sensibilidade em relação à demanda, destacando seu papel no modelo de otimização de cada usina. Os resultados mostraram que não existem grandes diferenças de desempenho entre as políticas consideradas. Embora pequenas, essas diferenças foram sempre a favor das políticas que exploram a correlação das vazões. Portanto, o modelo de controle preditivo com previsor autorregressivo pode ser uma alternativa promissora para sistemas com múltiplos reservatórios, na medida em que não requer simplificações na modelagem do problema, como agregações e linearizações Abstract: The power operation planning (POE) of hydrothermal systems is a dynamic, stochastic and nonlinear optimization problem that aims to determine the operational policy that minimizes the expected cost of operation over a planning horizon. Although there are many strategies for calculating operational policies in the proposed literature for POE, few works compare their characteristics and their performances. This thesis revisits dynamic programming and predictive control techniques to obtain operational policies for POE aiming to accurately compare their performances. In order that the approaches could be compared without simplifications arising from the computational complexity of the problem for multiple reservoir systems, this paper studies the minimum instance of the system, consisting of one hydroelectric plant with reservoir and one thermoelectric plant with quadratic cost of generation. In addition, the policies were calculated in steady state so that boundary conditions did not influence the results. The case studies also analyze the optimal solution with perfect prediction of inflows, using it as a benchmark to compare policies performances. This study contemplates four different Brazilian plants and includes the sensitivity analysis in relation to demand, highlighting its role in the optimization model of each plant. Results showed that there are no big performance differences among considered policies. Although small, such differences have always been in favor of policies that explore the correlation of inflows. Therefore, the model predictive control with autoregressive predictor may be a promising alternative for systems with multiple reservoirs insofar as it does not require simplifications in problem modeling, such as aggregation and linearization Doutorado Energia Elétrica Doutora em Engenharia Elétrica CAPES 1402569