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GEVAZP – Modelo de Geração de Cenários de Energias e Vazões

Apresentação
O planejamento da operação e expansão de sistemas hidrotérmicos é um complexo problema de otimização, no qual as decisões sobre a geração das usinas hidroelétricas e termoelétricas devem ser coordenadas de forma a atender as restrições hidráulicas, as restrições elétricas referentes aos intercâmbios de energia e o atendimento energético da demanda do sistema. Este problema é essencialmente estocástico devido à grande incerteza nas afluências naturais aos reservatórios e aproveitamentos hidrelétricos, o que leva à necessidade de geração de cenários de energias e vazões.
 
Cenários de energias e vazões afluentes também são amplamente empregados em estudos energéticos onde se faz necessária a avaliação de critérios probabilísticos, como por exemplo, critérios de suprimento que são baseados em índices de risco, estimados a partir da simulação da operação energética do sistema para diversos cenários (sequências) de afluências.
 
O modelo GEVAZP foi desenvolvido com o objetivo de gerar uma árvore de cenários de afluências para ser considerada nos problemas de otimização estocástica resolvidos pelos modelos empregados no planejamento da operação de médio e curto prazo (NEWAVE, SUISHI e DECOMP), respeitando as características dos métodos de solução utilizados de cada modelo.
 
O registro de afluências observado no passado, também chamado de série histórica, é único cenário disponível na prática, porém sua extensão é insuficiente para compor uma amostra de tamanho necessário para estimar índices de risco com incertezas aceitáveis. Entretanto, as características básicas da série histórica podem ser capturadas por modelos estocásticos capazes de produzir cenários sintéticos (ou séries sintéticas) de afluências, diferentes da série histórica, mas igualmente prováveis.
 
Séries hidrológicas de intervalo de tempo menor que um ano, tais como séries mensais, têm como característica o comportamento periódico das suas propriedades probabilísticas, como a média, a variância, a assimetria e a estrutura de autocorrelação. Desta forma, a análise deste tipo de séries pode ser feita pelo uso de formulações autorregressivas cujos parâmetros apresentam um comportamento periódico. Costuma-se denominar tal classe de modelos autorregressivos periódicos. Esses modelos são referenciados por modelos PAR(p), nos quais p é a ordem do modelo, ou seja, o número de termos autorregressivos do modelo.
 
 
Geração de Cenários para os Modelos de Planejamento e Operação
 
O sistema de geração brasileiro é predominantemente hidráulico e possui acoplamento temporal e espacial. Estas características tornam o planejamento da operação energética um problema de grande porte e de difícil solução. Em virtude disso, é necessária a sua divisão em diversas etapas, onde são utilizados modelos com diferentes graus de detalhamento para a representação do sistema e da incerteza hidrológica, abrangendo períodos de estudos com horizontes distintos (médio prazo, curto prazo e programação diária). A incerteza é tratada de diferentes formas, dependendo da representação utilizada no modelo do sistema gerador, e a representação dos possíveis cenários de vazões é diferenciada para cada etapa do processo de planejamento da operação.
 
Os modelos NEWAVE (Modelo de Planejamento da Operação de Sistemas Hidrotérmicos Interligados de Longo e Médio-Prazo) e SUISHI (Modelo de Simulação a Usinas Individualizadas de Subsistemas Hidrotérmicos Interligados), desenvolvidos para o planejamento da operação de médio prazo, simulam um grande número de cenários hidrológicos, calculando, assim, índices probabilísticos de desempenho do sistema para cada estágio da simulação. Esses diversos cenários de afluências estão em uma estrutura paralela - pente (Figura 1). Durante o cálculo da política ótima de operação, o modelo NEWAVE também considera explicitamente a incerteza hidrológica através de uma árvore de cenários representada na Figura 2.
 
Figura 1 – Cenários em paralelo (pente) aplicados na simulação da política do NEWAVE e SUISHI
 
Figura 2 – Árvore de Cenários aplicados na modelagem do problema estocástico do NEWAVE
 
No modelo DECOMP (Modelo de Planejamento da Operação de Sistemas Hidrotérmicos  Interligados de Curto Prazo), desenvolvido para o planejamento da operação de curto prazo,  a incerteza acerca das vazões afluentes aos diversos aproveitamentos do sistema é apresentada por cenários hidrológicos, representados através de uma árvore de afluências (Figura 3), com probabilidades de ocorrência associadas a cada ramo.
 
 
Figura 3 – Árvore de cenários aplicados na modelagem do problema estocástico do DECOMP
 
A fim de obter uma boa a representatividade do processo estocástico de energias e vazões afluentes com um número reduzido de cenários, o modelo GEVAZP utiliza o método chamado Amostragem Seletiva, que consiste em aplicar técnicas de agregação a um grande número de cenários hidrológicos gerados (amostra original), de forma a escolher um conjunto representativo a partir da amostra original.
 
Os cenários hidrológicos utilizados nos modelos de planejamento da operação de médio e curto prazos são gerados levando-se em consideração a preservação das características estatísticas do processo estocástico original, como média, variância, correlações temporais e espaciais.
 
O modelo GEVAZP também permite o cálculo das vazões afluentes para postos de vazão artificial e postos de vazão incremental. Postos de vazão artificial são aqueles que possuem regras operativas próprias, inseridas como dados de entrada ao modelo, em geral associadas a postos de vazão natural. Para casos onde o tempo de viagem da água entre duas usinas é significativo, permite-se adotar diretamente o registro de vazão incremental para a usina impactada pelo tempo de viagem.
 
Adicionalmente, o modelo GEVAZP dispõe de uma versão acadêmica para uso exclusivo em atividades educacionais em instituições de ensino.
 
Interface Gráfica
 
Atualmente, o programa GEVAZP é parte integrante do ENCAD (Sistema de Encadeamento de Modelos Energéticos). Desta forma é disponibilizado com uma interface gráfica, Figura 4, que permite: importação/ conversão dos dados de entrada; edição dos dados de forma mais amigável; visualização gráfica dos resultados e dos relatórios de saída em formatos texto etc.
 
Figura 4 – Exemplos de telas da interface gráfica do modelo GEVAZP no ambiente ENCAD

 

 
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