Operation procedures in power systems expansion planning

O requisito de continuidade de fornecimento de energia elétrica tem sido crescente na medida em que a sociedade de modo geral e os processos industriais em particular apresentam forte dependência desse insumo que assegura a todos satisfação e conforto. O consumidor é um agente econômico e ele faz parte do sistema elétrico (carga). No âmbito da análise de sistemas de potência são abordados temas, desde modelos de representação da rede e da carga até conceitos de custo da continuidade e técnicas de otimização da aplicação de investimentos para priorizar aqueles que trazem maior benefício tanto para o consumidor como para o controlador da concessão. No entanto, as técnicas usuais e convencionais de Planejamento podem conduzir a soluções pouco econômicas, porquanto consideram apenas a otimização dos investimentos em obras, ou seja, reforços da rede para atender a condição normal e em emergência (critério n-1), respeitando, naturalmente, critérios técnicos (limites de tensão, sobrecargas etc). Não raro estas instalações recomendadas pela técnica convencional serem utilizadas apenas em algumas contingências, algumas com baixa probabilidade de ocorrência. Esta pesquisa desenvolve como alternativa às soluções convencionais, um modelo que considera a otimização dos investimentos, lançando mão de recursos operativos como: corte de carga, despacho ou modificações topológicas por meio de chaveamentos, quando operando em contingência. O modelo proposto prevê que a representação da geração inclua funções que relacionam a intensidade de despacho com seus custos, bem como funções que associam custo à intensidade e duração do corte de carga a cada barra do sistema. O modelo também permite a reconfiguração da rede quando operando em contingências, por meio de alterações do estado das chaves, mudando a topologia. As funções de custo do corte de carga também são modeladas neste trabalho, considerando métodos analíticos e agregados para o cálculo do prejuízo sócio-econômico resultante da interrupção. A busca da solução ótima, que pode envolver corte de carga, despachos de geração e reconfiguração da rede, substituindo reforços realizados por obra, é obtida por um algoritmo genético evolutivo. Os procedimentos do modelo proposto representam um avanço do processo de planejamento convencional, porquanto introduz a componente continuidade de serviço de forma quantitativa, caracterizando o atendimento dos requisitos de sensibilidade das cargas de cada barra do sistema, lançando mão de recursos operativos, através de possíveis despachos e alterações topológicas. Um estudo de caso ilustra a aplicação do modelo proposto.The need for reliable electrical energy supply continuity, the industrial demand and its dependence has been growing worldwide. Besides, it also concerns society and assures satisfaction and comfort of consumers. The consumer is the economic agent since he takes part in the system. On analyzing an electrical system, models are needed to represent the network and the load and optimization frameworks in order to make better investments and prioritize those which can benefit the consumer and the concession holder. The usual Planning Models commonly provide us with uneconomical solutions since the optimization is carried out through active investments or network reinforcements to attend the normal and the emergency condition (n-1 criteria), based on technical criteria, like voltage and overload . Frequently, these techniques recommended by the conventional analysis can be applied only in some contingencies, some of them with a small probability of occurrence.. This research develops an alternative to the conventional solutions, considering the investment optimization and using operative resources, such as: load shedding, generation rescheduling or network change operation (circuit breaker, e.g.) when operating in contingency. In this model, the generation is represented by a function that relates the intensity rescheduling and its costs and functions that relates load shedding cost, the intensity and duration of curtailment on each system bus. The model sets a network contingency reconfiguration, changing the circuit break situation (open or closed) and altering the topology. The calculation of cost of load discontinuity or social cost functions (damage cost) is shown in this thesis, considering analytical and aggregating methods. The search for an optimized solution can involve load shedding, generation rescheduling and topology changes as substitutes for network reinforcements, and may be obtained by genetic- evolutive algorithm. The procedures of the proposed model represent an advancement over the conventional Planning Process as it introduces, quantitatively, the consumer service continuity, meeting the sensibility criteria of the load characterization of each consumer class connected to the system bus, through operative resources, rescheduling, load shedding and topology changes. A case study illustrates the application of the proposed model