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

Apresentação
Devido à grande complexidade das características, condicionantes e restrições dos sistemas de geração de energia elétrica, o planejamento é realizado em etapas. Para o médio/longo prazos, utilza-se o modelo NEWAVE, com o horizonte é de até cinco anos à frente, discretizados em etapas mensais. O objetivo principal desse modelo é valorar a água no tempo, em função dos níveis dos reservatórios, construindo-se assim a chamada “política de operação”, composta por um conjunto de funções de custo futuro para cada período de tempo. No curto prazo, com horizonte de até 12 meses discretizado em etapas semanais e mensais, determinam-se as metas individuais de geração das usinas hidráulicas e térmicas, bem como os intercâmbios de energia entre subsistemas, considerando no final do horizonte uma função de custo futuro obtida na etapa de médio prazo. Esta etapa de planejamento em geral considera uma árvore de cenários para representação das incertezas nas vazões das usinas hidroelétricas e geração das fontes intermitentes,
 
O 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, junto com o modelo NEWAVE, é a ferramenta oficial utilizada pelo ONS nos programas mensais de operação do sistema brasileiro (PMO), e pela CCEE para determinar o preço de liquidação das diferenças (PLD), adotado no mercado de curto prazo de energia. 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, considerando a medida de risco CVaR.
 
Os preços são determinados a partir do custo marginal de operação fornecido pelo modelo, que corresponde à sensibilidade do custo de operação em relação a acréscimos no valor da demanda, em cada patamar de carga e submercado. O problema é formulado através 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). Consideram-se também restrições de despacho antecipado de até 2 meses para a operação das usinas termoelétricas à GNL. As não linearidades no problema são tratadas através de modelos lineares por partes.
 
O problema é resolvido decompondo-o em diversos subproblemas para cada estágio/cenário, e aplicando a técnica de decomposição de Benders multi-estágio, também conhecida como Programação Dinâmica Dual, para obter a solução ótima. Ao final do seu horizonte de estudo, o modelo DECOMP considera a função de custo futuro produzida pelo modelo de planejamento da operação de longo e médio prazo NEWAVE. Como resultado da estratégia de solução, o modelo obtém funções de custo futuro para cada nó da árvore de cenários, e em particular par o final da primeira semana, que é a função de custo futuro utilizada para o horizonte de estudo do modelo DESSEM. Este último determina a programação diária da operação e está sendo validado pelo ONS e CCEE para uso oficial a partir de janeiro de 2020, para estabelecer o preço horário de energia no Brasil.
 
 
Visando proporcionar a maior flexibilidade possível em termos de formulação do problema, o modelo DECOMP incorpora as seguintes características: 
 
 
Horizonte, representação temporal e de cenários
• Estágios semanais para o primeiro mês e  mensais a partir do segundo mês, com representação da incerteza nas afluências e geração das fontes intermitentes por meio de uma árvore de cenários, com horizonte de até 1 ano;
• representação da curva de carga em diferentes patamares, para cada período/cenário;
• Integração com modelos de planejamento da operação de médio prazo (NEWAVE), através de sua função custo futuro.
 
 
Operação dos reservatórios
• Balanço hídrico nos reservatórios para cada estágio e cenário, considerando o tempo de viagem da água entre usinas em cascata, evaporação nos reservatórios, operação de vertedouros e enchimento de volume morto para usinas novas que estejam iniciando sua operação;
• Restrições operativas diversas dos reservatórios, como deplecionamento mínimo/máximo,limites de armazenamento, vazões afluente/defluente mínima e máxima, e retiradas/retornos de água devido a outros usos;
• Volume de espera para amortecimento de cheias.
 
 
Geração hidroelétrica
• Variação da produtividade das usinas hidroelétricas de forma não linear com a altura de queda, através de um modelo multi-dimensional linear por partes da função de produção, que representa a geração em função do volume armazenado, turbinamento e vertimento;
• Engolimento máximo das unidades geradoras em função do armazenamento nos reservatórios, consideração dos cronogramas de manutenção das unidades hidroelétricas e representação de taxas de indisponibilidade forçada
 
 
Geração térmica e outras fontes
• Inflexibilidade de geração térmica e restrições de despacho antecipado para usinas a GNL;
• Incerteza na geração de fontes intermitentes, como geração eólica e solar;
• Contratos de importação/exportação de energia com subsistemas vizinhos.
 
 
Sistema de transmissão
• Representação do sistema em múltiplas áreas (submercados), com limites de intercâmbios de energia entre as áreas;
• Restrições elétricas especiais, com as quais é possível representar restrições provenientes de limite de fluxo DC ou de controle de tensão, em pontos do sistema elétrico que merecem especial atenção.
 
 
Características Computacionais
O modelo DECOMP aplica processamento paralelo como forma de reduzir o tempo computacional para resolução do problema. O programa é disponibilizado em ambiente Linux e pode ser executado localmente ou de forma remota, utilizando clusters de computadores ou computação em nuvem.

 

Contato

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


 decomp@cepel.br