Otimização da operação energetica de sistemas hidrotermicos com representação individualizada das usinas e afluencias deterministicas

Este trabalho apresenta um algoritmo determinístico para a etapa de médio prazo do planejamento da operação energética de sistemas hidrotérmicos com representação individualizada das usinas. O problema foi formulado como um fluxo em rede não linear de grande porte com arcos capacitados. A não linearidade e não diferenciabilidade da função de produção das usinas hidroelétricas e do custo da complementação não hidráulica são algumas das características da função objetivo que a torna extremamente complexa. Assim, o planejamento da operação de sistemas hidrotérmicos pode ser classificado como um problema não linear, não diferenciável e de grande porte. A formulação do problema considera alguns aspectos de modelagem importantes como a capacidade do sistema hidráulico atender a demanda de ponta mantendo constante a complementação não hidráulica no decorrer do intervalo. Esta restrição é atendida por uma função de penalização quadrática. Outro aspecto de modelagem normalmente desprezado é o afogamento do canal de fuga de uma usina pelo reservatório da usina diretamente a jusante. Para sistemas com alto nível de afogamento, podem ocorrer mudanças significativas na trajetória ótima dos reservatórios. Todas as particularidades do problema foram exploradas afim de melhorar a eficiência do programa. Foram implementados dois métodos de otimização, o Newton Truncado e o Gradient Reduzido. O Newton Truncado é um método de segunda ordem que calcula a direção iterativamente e possibilita explorar a estrutura tri-diagonal da matriz hessiana do problema. O Gradiente Reduzido foi implementado para avaliar o avanço obtido pelo método de segunda ordem em relação a um de primeira. A estrutura da rede hidráuJica formada pelas equações de balanço de água nos reservatórios é denominada arborescência expandida no tempo. Ela foi explorada através da definição da base pela Matriz de Defluência Básica. A estrutura da árvore formada por esta matriz e os métodos de otimização implementados sugerem a definição de estratégias heurÍsticas de partição de variáveis em básicas, superbásicas e não básicas. Estas estratégias foram baseadas na análise do comportamento ótimo de sistemas sobre diversas condições hidrológicas. Assim, o processo ... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digitalThis work presents a nonlinear capacitated network flow algorithm specially designed for mid-term hydrothermal scheduling problem. It has been formulated as a deterministic optimization problem, where each hydro plant is represented individually, and the system operation cost function is defined by a prior optimization of the non-hydraulic sources. The nonlinearity and non-differenciability of the hydro production and operation cost functions characterize the problem as a nonlinear, non-differentiable and large scale one. Some important modeling aspects have been considerated in the problem formulation. The maximal capacity of the hydroelectric power system plus the non-hydraulic power average at each time interval must garantee the peak load requirement. It is formulated by a nonlinear constrain which is attended by a quadratic penalty function. Another unusual modeling aspect is the eventual influence of the forebay elevation of a given plant over the tailrace elevation of its upstream neighbor. The Truncated Newton method has been chosen to calculate second order directions iteratively to expoit the three-diagonal structure of the Hessian matrix. Reduced Gradient method has also been implemented in order to comparatively evaluate with the second order method by comparing to a first order one. The hydro scheduling network structure, so-called temporally expanded arborescence, has been exploit to improve the algorithm's performance. The spanning tree representation makes the algorithm implementation extremely sim pIe and suggests heuristic strategies for variable partition into basic-superbasic-nonbasic sets. These strategies have been based on the system optimal reservoir trajectories obtained by optimal solution analysis of different systems over several inflow conditions. Thus, the variable partition will induce the convergence process straightforward to the optimum, reducing the computation time. This code has been incorporated in a Decision Support System specially developed for the Brazilian Power System ... Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertation