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DECOMP - Modelo de Planejamento da Operação de Sistemas Hidrotérmicos Interligados de Curto Prazo

Apresentação

O objetivo básico da operação de um sistema hidrotérmico é determinar, para cada estágio, as metas de geração para cada usina, de forma a minimizar o valor esperado do custo de operação ao longo do período de planejamento. Este custo é composto de gastos com combustível das usinas térmicas, compra de energia de outros subsistemas e penalidades pelo não atendimento à demanda.


Sistemas com elevada capacidade de geração hidroelétrica podem utilizar a energia “grátis”armazenada nos reservatórios, evitando, assim, gastos com combustível nas unidades térmicas. Entretanto, a disponibilidade de energia hidroelétrica está limitada pela capacidade de armazenamento dos reservatórios. Isso cria uma ligação entre as decisões de operação atuais e suas consequências futuras.
 

Como é impossível prever com exatidão as vazões afluentes, o problema é essencialmente estocástico. A existência de múltiplos reservatórios interconectados, de restrições de transmissão e a necessidade de se fazer uma otimização multiperíodo caracterizam esse problema como de grande porte. Por isso, a solução é obtida em etapas, quando são utilizados modelos com diferentes graus de detalhe para representação do sistema, abrangendo períodos de estudos com horizontes distintos, denominados de médio prazo, curto prazo e programação diária.


No médio prazo, o horizonte é de até cinco anos à frente, discretizados em etapas mensais, e o objetivo é definir quais serão as parcelas de geração hidráulica, geração térmica e intercâmbio que minimizam o valor esperado do custo de operação, empregando uma representação agregada do sistema hidrelétrico, denominada de subsistemas equivalentes.


No curto prazo, com horizonte de até 12 meses discretizados em etapas semanais e mensais, determinam-se as metas individuais de geração das usinas hidráulicas 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. Na etapa da programação diária, define-se a geração horária que atenda às metas estabelecidas na etapa anterior, sujeita às condições operacionais da rede elétrica.

 

decompO modelo DECOMP foi desenvolvido pelo Cepel, no âmbito da área de Otimização Energética e Meio Ambiente (DEA), para aplicação no planejamento da operação de sistemas hidrotérmicos de curto prazo e está adaptado ao ambiente de elaboração dos programas mensais de operação do sistema brasileiro (PMO). Seu objetivo é, portanto, determinar as metas de geração de cada usina de um sistema hidrotérmico sujeito às afluências estocásticas, de forma a atender à demanda e minimizar o valor esperado do custo de operação ao longo do período de planejamento. É formulado como um problema de programação linear, representando as características físicas e as restrições operativas das usinas hidroelétricas de forma individualizada. A estocasticidade das afluências é considerada através de cenários de afluências às usinas do sistema, produzidos pelo modelo GEVAZP (Geração de Séries Sintéticas de Energias e Vazões Periódicas) e representados por uma árvore de afluências, com probabilidades de ocorrência associadas a cada ramo (Figura 1).
 

A estrutura do problema permite sua decomposição em subproblemas de um único estágio. A integração desses subproblemas, baseada na técnica de decomposição de Benders aplicada a problemas estocásticos, resulta na solução iterativa de uma sucessão de subproblemas de operação de um único estágio, onde é possível estimar, com precisão crescente, por meio de uma função de custo futuro, as consequências futuras das decisões operativas de um estágio nos seguintes. Essa função representa o valor esperado do custo de operação da etapa seguinte até o fim do horizonte considerado e permite comparar o custo de utilizar os reservatórios em uma etapa, por meio da energia turbinada (função de custo imediato), ou “guardar” a água para uma utilização futura. Ao final do seu horizonte, o modelo DECOMP considera a função de custo futuro produzida pelo modelo de planejamento da operação de longo e médio prazo NEWAVE (Modelo de Planejamento da Operação de Sistemas Hidrotérmicos Interligados de Longo e Médio Prazo).
 

Visando proporcionar flexibilidade em termos de formulação do problema, o modelo DECOMP incorpora as seguintes características:
 

Horizonte e discretização temporal


• Estágios semanais, com a representação da curva de carga em patamares.
• Estágios mensais a partir do segundo mês, com representação das incertezas nas afluências, por meio de uma árvore de cenários, com horizonte de até 1 ano.
• Integração com modelos de planejamento da operação de médio prazo (NEWAVE), através de sua função custo futuro.
• Revisão da política ótima do mês inicial, a partir de qualquer semana.


Operação dos reservatórios


• Balanço hídrico nos reservatórios para cada estágio e cenário, considerando o tempo de viagem da água entre aproveitamentos e evaporação nos reservatórios.
• Restrições para operação dos reservatórios, como deplecionamento mínimo/máximo, limites de armazenamento, vazão afluente/defluentes mínima/máximas e retiradas / retornos de água devido a outros usos.
• Volume de espera para amortecimento de cheias.
• Configuração dinâmica, para representar a entrada em operação de novas unidades geradoras no sistema durante o período em estudo levando em conta o enchimento de volume morto.


Geração hidroelétrica


• Representação dos cronogramas de manutenção programada dos grupos turbina gerador, através de taxas de indisponibilidade.
• Produtividade das usinas hidroelétricas variável com a queda, representada através das funções de produção energética preestabelecidas para cada usina hidroelétrica.
• Alteração de dados de cadastro de usinas hidráulicas.


Geração térmica e outras fontes


• Inflexibilidade de geração térmica, considerando-se um valor mínimo de geração, restrições de despacho antecipado para usinas a GNL e gerações provenientes de outras fontes de energia.
• Contratos de importação/exportação de energia.
 

Sistema de transmissão


• Restrições especiais que traduzem limitações de geração em conjuntos de usinas, para considerar pontos no sistema elétrico que merecem especial atenção.
• Representação da capacidade de transporte de energia entre subsistemas, considerando o intercâmbio entre os mesmos como uma variável de decisão.


A versão atual do programa DECOMP pode ser processada em ambiente Windows e Linux, este último utilizando processamento paralelo, o que leva a uma grande redução de tempo de processamento.

Contato

Entre em contato com a área responsável através do e-mail:


 decomp@cepel.br