Despacho hidrotérmico para horizonte de curto prazo integrado a restrições não-lineares da rede elétrica e alocação de reserva girante

Orientadora: Prof.ª Drª. Thelma Solange Piazza FernandesCoorientador: Prof. Dr. Marcelo BessaTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa : Curitiba, 26/11/2020Inclui referências: p. 158-164Resumo: O Brasil dispõe de uma matriz elétrica de origem predominantemente renovável, sendo que a fonte hídrica é a mais representativa. Esta predominância hídrica traz consigo características sazonais específicas, pois os objetivos de manter os reservatórios em níveis elevados de forma a garantir uma maior produtividade e reduzir os vertimentos - energia desperdiçada - são conflitantes. Essas características fazem do Sistema Interligado Nacional (SIN) único em âmbito mundial pela sua complexidade. A fim de aprimorar os estudos de operação e planejamento inerentes ao SIN, este trabalho objetiva analisar o impacto do emprego de uma representação da rede elétrica em mais detalhe por meio de equações de balanço de potência ativa e reativa, que permitem a consideração não só de gargalos de transmissão, mas também de magnitudes de tensão no horizonte de curto prazo. Além disso, em face do aumento da participação da fonte eólica na matriz energética brasileira, vislumbra-se a necessidade de alocar convenientemente reserva girante entre as usinas para assegurar maior confiabilidade no atendimento da carga. Para tanto, essa alocação é também inserida nos estudos de planejamento de curto prazo. O problema de despacho hidrotérmico eólico, problema energético, proposto é resolvido por técnicas de Inteligência Artificial Algoritmos Genéticos (AGs) e Evolução Diferencial (ED) sendo que o despacho de potência e alocação de reserva girante com inclusão de restrições elétricas não lineares, problema elétrico, são modelados via Fluxo de Potência Ótimo, o qual é resolvido pelo Método dos Pontos Interiores. O método proposto é testado em um sistema de 33 barras e 1768 barras que correspondem ao SIN reduzido com representação das usinas hidráulicas e térmicas individualizadas. Verificou-se que o uso da técnica ED proporciona reprodutibilidade em relação aos despachos obtidos via AGs e possui boa aderência ao problema de coordenação hidrotérmica. Concluiu-se que para o sistema de menor porte, 33 barras, a inclusão das restrições não lineares da rede elétrica influenciou de forma significativa o despacho hidrotérmico eólico e elevou de forma significativa o tempo computacional. Para essa formulação também ficou evidenciado que essas restrições não lineares e a inclusão da reserva elevam o acionamento de térmicas o que afeta substancialmente o custo do despacho. Para o SIN não foi possível convergir a formulação não linear clássica portanto fez-se a formulação de um FPO linear alternativo onde aproximações lineares permitiram o monitoramento do perfil de tensão das barras associadas aos geradores de potência. Essa formulação se mostrou adequada e promissora para convergência de problemas de grande porte onde se têm o interesse em monitorar as variáveis supracitadas. Palavras-chave: Planejamento da Operação. Despacho Hidrotérmico. Fluxo de Potência Ótimo. Evolução Diferencial. Usinas individualizas. Restrições elétricas.Abstract: Brazil has an electrical matrix of predominantly renewable origin, with the water source being the most representative. This water predominance brings with it specific seasonal characteristics, as the objectives of maintaining the reservoirs at high levels in order to guarantee greater productivity and reduce spills - wasted energy - are conflicting. These characteristics make the National Interconnected System (SIN) unique worldwide due to its complexity. In order to improve the operation and planning studies inherent to the BIPS, this work aims to analyze the impact of the use of a representation of the electric grid in more detail through active and reactive power balance equations, which allow the consideration not only of transmission bottlenecks, but also of magnitudes of tension in the short term horizon. In addition, in view of the increased share of the wind source in the Brazilian energy matrix, there is a need to conveniently allocate a rotating reserve between the plants to ensure greater reliability in handling the load. To this end, this allocation is also included in short-term planning studies. The problem of wind hydrothermal dispatch, energy problem, proposed is solved by techniques of Artificial Intelligence Genetic Algorithms (AGs) and Differential Evolution (ED) and the dispatch of power and allocation of rotating reserve with inclusion of non-linear electrical restrictions, electrical problem, are modeled via Optimal Power Flow, which is solved by the Interior Point Method. The proposed method is tested in a system of 33 bars and 1768 bars that correspond to the reduced SIN with representation of individualized hydraulic and thermal plants. It was found that the use of the ED technique provides reproducibility in relation to orders obtained via AGs and has good adherence to the hydrothermal coordination problem. It is concluded for the smaller system, 33 buses, the inclusion of the non-linear restrictions of the electric grid significantly influenced the wind hydrothermal dispatch and significantly increased the computational time. For this formulation it was also evidenced that these nonlinear restrictions and the inclusion of the spinning reserve increase the activation of thermal plants, which substantially affects the cost of dispatch. For the SIN, it was not possible to converge the classic non-linear formulation, so the formulation was made for an alternative linear FPO where linear approximations allowed the monitoring of the voltage profile in the buses associated with the power generators promising for the convergence of large problems where there is an interest in monitoring the variables mentioned above. Keywords: Operation Planning. Hydrothermal dispatch. Optimal Power Flow. Differential Evolution. Individual plants. Electrical restrictions