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Planejamento de Curto Prazo e Programação da Operação Energética

Apresentação

 

Desenvolvimento de metodologias e programas computacionais para:

 

(i) Planejamento da operação energética de curto prazo – O objetivo básico do planejamento da operação de um sistema hidrotérmico é determinar, a cada estágio de tempo, metas de geração para cada usina do sistema de forma a atender a demanda prevista, minimizando o valor esperado do custo de operação ao longo do período de planejamento e atendendo um critério de aversão ao risco. Esse custo é composto pelo custo variável de combustível das usinas termelétricas e por penalidades devido a déficits de energia. Sistemas com elevada capacidade de geração hidrelétrica podem utilizar a energia “grátis” armazenada nos reservatórios, evitando, assim, gastos com combustível nas unidades térmicas; entretanto, a disponibilidade de energia hidrelétrica está limitada pela capacidade de armazenamento dos reservatórios, criando uma ligação entre as decisões de operação atuais e suas consequências futuras. Como é impossível prever com exatidão as futuras vazões afluentes aos reservatórios, o problema é essencialmente estocástico; dadas as dimensões do sistema brasileiro, a existência de múltiplos reservatórios interconectados, de limitações de intercâmbios e a necessidade de se fazer uma otimização multiperíodo, caracterizam esse problema como de grande porte. Por isso, tem-se adotado uma estratégia de solução em etapas, quando são utilizados modelos com diferentes graus de detalhamento da representação do sistema, abrangendo períodos de estudos e decisões com horizontes distintos, denominados de longo, médio e curto prazos, e programação diária da operação, os quais trocam informações entre si. No curto prazo, com horizonte de até 12 meses discretizados em etapas semanais e mensais, determinam-se as metas individuais de geração das usinas hidrelétricas e térmicas do sistema, bem como os intercâmbios de energia entre subsistemas, considerando o custo esperado de operação até o final do horizonte, obtidas na etapa de médio prazo. É formulado como um problema de programação linear, representando as características físicas e as restrições operativas das usinas hidroelétricas de forma individualizada, sendo a estocasticidade das afluências considerada através de cenários de afluências às usinas do sistema, oriundas dos modelos de previsão e geração de séries sintéticas de vazões, e representados por uma árvore de afluências, com probabilidades de ocorrência associadas a cada ramo. A estrutura do problema permite sua decomposição em subproblemas de um único estágio, os quais são integrados por meio da técnica de decomposição de Benders aplicada a problemas estocásticos. Recebe a política de operação mensal calculada pelo modelo de planejamento da operação de médio prazo e fornece a política de operação semanal para o modelo de programação diária da operação, por meio de funções de custo futuro. Dado o porte do problema de otimização a ser resolvido, são também empregadas técnicas de processamento paralelo/distribuído.


(ii) Programação da operação considerando a rede de transmissão e precificação horária – Na etapa da programação diária, o objetivo o objetivo principal é determinar a programação diária da operação por unidade geradora, assim como os custos marginais de operação, com discretização temporal de até meia hora e um horizonte de até 2 semanas, considerando ainda a modelagem DC com perdas da rede elétrica. Além das restrições individuais de operação utilizada no horizonte de curto prazo, considera-se os limites de fluxo DC nas linhas de transmissão e várias particularidades da operação diária, como as restrições das unidades geradoras, reserva de potência, rampa de variação horária para a geração, propagação de vazão nos rios, operação de canais, modelagem do unit commitment das unidades geradoras hidroelétricas, com a representação de suas curvas colinas de rendimento e zonas proibidas de operação, e do unit commitment das unidades geradoras térmicas, com tempos mínimos e rampas máximas para tomada/alívio de carga, custo de partida e custo não linear de geração, entre outras. Ao final do seu horizonte, há o acoplamento com a função de custo futuro fornecida pela etapa de planejamento de curto prazo, podendo ser estabelecidas também metas semanais de intercâmbio ou geração térmica, de acordo com o despacho sinalizado ppor aquela etapa. Podem ser utilizadas duas estratégias de resolução: por PL-Único ou por decomposição de Benders. Os principais resultados obtidos são: o despacho de cada unidade geradora para o próximo dia, de meia em meia hora, com ou sem a rede elétrica; os custos marginais de energia em base de meia hora, por barra ou submercado; a operação dos reservatórios de regularização diária.


(iii) Previsão de carga de curto prazo – Uma informação fundamental para o programação da operação é a previsão de curto prazo da carga a ser atendida. Por exemplo, no caso da programação diária de geração, o horizonte para as previsões é de até 48 horas à frente, com resolução temporal de 10, 15, 30 e 60 minutos, atualizada a cada 10 minutos. A metodologia de previsão adotada envolve o emprego técnicas de inteligência computacional, utilizando de três métodos distintos: lógica fuzzy, rede neural polinomial e interpolação por partes com funções splines. Há também a necessidade de se contar com um módulo estatístico para o tratamento automático dos registros históricos da carga (filtro), cuja finalidade consiste em preparar os dados para o ajuste dos modelos de previsão, preenchendo as lacunas de dados ou corrigindo as observações discrepantes e descontinuidades presentes nos registros da carga.

 

   

 

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