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CONFINT - Modelo de Confiabilidade de Subsistemas Hidrotérmicos Interligados

Apresentação
O modelo CONFINT tem como objetivo básico avaliar a confiabilidade multi-área de sistemas hidrotérmicos interligados, considerando saídas forçadas e manutenções programadas de unidades geradoras, perda de potência por deplecionamento dos reservatórios, falhas e limites de capacidade nos intercâmbios de potência entre os diversos subsistemas ou regiões interligadas, além da curva de carga do sistema. Permite também a definição de margens de reserva de potência e o cálculo da carga crítica de potência do sistema, i.e., a maior demanda de potência que o sistema consegue atender, segundo um critério de suprimento de potência. Adicionalmente, fornece indicação de localização e capacidade de geração térmica adicional e/ou reforços de interligações de modo a eliminar eventuais déficits de potência. 
 
No CONFINT, o sistema de potência é representado por um modelo de fluxo linear em redes com arcos capacitados, onde os subsistemas são representados por nós e as interligações entre eles são representadas por arcos que ligam estes nós. A geração de cada subsistema é modelada como um arco chegando ao nó, proveniente do nó “fonte” S. Por sua vez, a demanda de cada subsistema é representada por um arco que deixa o nó associado ao subsistema e entra no nó “sumidouro” T. A Figura 1 ilustra a representação multi-área para um sistema com quatro subsistemas.
 
A análise de adequação dos estados do sistema é realizada por meio da resolução de um problema especial de programação linear, utilizando o Teorema do Fluxo Máximo - Corte Mínimo. Os estados do sistema avaliados pelo modelo CONFINT são compostos por: (i) estados das unidades geradoras; (ii) estados das interligações entre os subsistemas; (iii) patamar de carga; e (iv) cenário hidrológico.
 
Os índices de confiabilidade são calculados analiticamente pelo método de Integração Direta ou por simulação estocástica (simulação Monte Carlo). Este programa calcula um conjunto amplo de índices de confiabilidade, tais como
• probabilidade de perda de carga – LOLP (%);
• número esperado de horas de déficit de potência - LOLE (horas);
• valor esperado de potência não suprida - EPNS (MW);
• valor esperado de energia não suprida - EENS (MWh);
• frequência esperada de eventos de falha - LOLF (ocorrências/h);
• valor esperado de duração de perda de carga - LOLD (horas);
• índice de severidade do sistema (minutos).

Estes índices são calculados para o sistema modelado como “barra única” – fornecendo índices de adequação da capacidade de geração, ou modelando-se o sistema como multi-área, sendo, neste caso, desagregados por áreas ou subsistemas e para cada patamar da curva de carga considerada.
 
Adicionalmente, o modelo CONFINT calcula índices de sensibilidades por área e das interligações, que formam os custos marginais de potência, bastantes úteis para a identificação da necessidade de reforços no sistema de geração e nas interligações.
 
O CONFINT engloba ainda um módulo de modelagem da curva de carga – o programa MODCAR, que, a partir de uma curva de carga cronológica com qualquer discretização temporal, realiza a sua agregação em um número especificado ou em diversos agrupamentos (níveis, classes ou patamares). A metodologia utilizada se baseia na combinação de técnicas estatísticas de análise de agrupamentos e na análise exploratória de dados (EDA), e compreende os seguintes passos: (i) análise prévia dos dados de carga e emprego de técnicas de filtragem e de avaliação de tendência; (ii) agregação estatística da curva de carga utilizando o método Ward; (iii) determinação de números adequados de agrupamentos, por meio da utilização de métricas específicas; (iv) refinamento da agregação da curva de carga, quando o número de agrupamentos for selecionado, empregando o método K-Means; (v) determinação de perfis típicos diários de carga, a partir do pós-processamento do Programa MODCAR, por meio de técnicas EDA e de construção de curvas denominadas loadplots, as quais consistem no mapeamento, em uma mesma curva, de boxplots para cada hora do dia em conjunto com os níveis agregados da curva de carga; e (vi) determinação das durações e profundidades (p.u.) associadas aos perfis típicos diários de carga.
 
Além de prover uma curva de carga cronológica e agregada, o programa fornece outros parâmetros necessários para estudos de confiabilidade pelo método da frequência e duração, tais como probabilidade de ocorrência de cada patamar de carga e o diagrama de transição (diagrama de Markov) da curva de carga, representada pelas taxas de transição entre os diversos patamares de carga.
 
O Programa MODCAR tem sido utilizado para a definição dos novos patamares de carga de energia utilizados no planejamento da expansão e da operação do Sistema Interligado Nacional e no cômputo dos preços de liquidação de diferenças - PLDs.

Figura 1 – Representação do sistema interligado brasileiro como um modelo de fluxo em redes para análise de confiabilidade.
 

 
Interface Gráfica

 

 
O programa CONFINT é parte integrante do ENCAD (Sistema de Encadeamento de Modelos Energéticos), desenvolvido pelo Cepel. Sua interface gráfica permite:

• importação e exportação dos dados de entrada de um caso já existente;
• edição dos dados de forma mais amigável;
• execução automática do programa CONFINT;
• visualização de gráficos e relatórios de saída em formatos texto.
 
Abaixo são apresentadas duas janelas da interface gráfica, uma de edição de dados de entrada do modelo CONFINT (Figura 2) e outra de visualização gráfica dos resultados (Figura 3).
 
Figura 2 – Janelas para edição de dados.
 
 

Figura 3 – Gráfico do índice LOLP.

Contato

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


 confint@cepel.br