Um modelo de otimização do despacho de maquinas em usinas hidreletricas

Resumo: O problema do despacho de máquinas numa hidrelétrica surge quando os estudos do planejamento da operação de curto prazo, a programação e mesmo a supervisão na operação em tempo real, define a quantidade de energia que a usina deve produzir ao longo do periodo de planejamento. Este compromisso nasce da necessidade de manter o equilíbrio entre a carga e a geração. O comportamento da carga normalmente varia ao longo do dia. Conforme o valor dela aumenta, o número de máquinas comprometidas no seu atendimento não será suficiente para manter o equilíbrio entre a carga e a geração, isto é, será necessário colocar mais máquinas em operação. Quando o valor da carga diminui, o número de máquinas necessário será menor. Dentro dessa variação do número de máquinas necessário para o atendimento da carga, surge a possibilidade de otimizar o critério de despacho. Na prática, muitos são os critérios possíveis de serem adotadas para definir o despacho de máquinas. Este trabalho apresenta um modelo para definir o despacho de máquinas, minimizando perdas, partidas e paradas. Para efeito de cálculo das perdas no sistema de geração, são avaliadas a elevação do nível de canal de fuga, a variação do rendimento do conjunto turbina-gerador e o aumento do atrito do fluxo d'água nas tubulações do sistema hidráulico. São colocadas algumas considerações sobre os fatores que geram custos nas partidas e paradas. Como a maioria das usinas hidrelétricas tem instaladas máquinas que são caracteristicamente iguais, neste trabalho é aproveitado este aspecto para formular o problema do despacho de máquinas, como um problema simples de otimização e resolvido por técnica de programação dinâmica. A aplicação do modelo à usina de Itaipú mostram os seguintes resultados: As perdas associadas ao sistema de geração das usinas hidrelétricas são significativas e merecem serem consideradas no planejamento de curto prazo ou programação. A otimização do despacho que minimiza perdas resulta em frequentes partidas ou paradas. A otimização do despacho que minimiza partidas/paradas resulta em níveis de perdas significativas. Para determinar o despacho ótimo, do ponto de vista econômico, é fundamental determinar principalmente o quanto custa uma partida ou parada. Os resultados apresentados apontam também à necessidade de uma boa previsão nos valores de geração programada, devido a que um desvio acompanhado pela regulação primária pode resultar na operação de um número de máquinas não indicado para minimizar as perdasAbstract: The problem of dispatching generating units on hydroelectric p1ants arises when the short term operational planning and the on-line operational supervision establish the energy amount that the p1ant should produce during the planning period. This commitment is concerned with the necessity of keeping the equilibrium between load and generation. The load usually varies during the day. As the load increases, the number of generating units committed to its attainment may not be enough to assure the equi1ibrium between load and generation and so it will be necessary to put more generating units in operation. When the load decreases, the number of generating units shou1d be lower. Due to this variation of the number of generating units in operation during the day, the possibi1ity of optimizing some dispatch criterion arises. In practice, many possible criterion can be adopted to define the generating units dispatch. This work presents a model to define the dispatch of generating units that minimizes generation losses and the number of start-up/shut-down of units. In order to calcu1ate losses in the generation system, the increase in tailrace elevation, the variation of turbine-generator efficiencies and the increase in penstock head losses are considered. The factors associated with cost of start-up and shut-down of generating units are addressed. Since hydroelectric plants usually have generating units with equal characteristics, this aspect is exploited in this work so that the generating units dispatch can be formu1ated as a simp1e optimization prob1em that can be solved by dynamic programming. The application of the model to the Itaipú hydroe1ectric p1ant shows the following results: The generation loss in hydroelectric plants are expressive and de serve to be taken into account in the short term operation p1anning. The minimization of generation losses leads to frequent start-up/shut-down of generating units. The minimization of start-up/shut-down of generating units leads to expressive generation losses. To obtain the optimal dispatch, from an economic point of view, it is necessary to determine how much a start-up/shut-down costs. The results highlight the necessity of an accurate forecasting of the programmed generation because large deviations followed by the primary regulation can result an inadequate number of generating units to minimize generation losse