Dimensionamento e valoração da capacidade de reserva operativa em ambientes competitivos, utilizando técnicas probabilísticas

This thesis presents a new probabilistic technique to evaluate the operating reserve needs of power systems in a competitive environment. The main objectives are: the capacity assessment for different reserve markets (regulation, spinning, non-spinning and replacement), the needs of these capacities to increase supply reliability and the cost evaluation of the capacity amounts associated with the operating reserve. It is not necessary the prior establishment of a risk index as a reference criterion in order to determine the operating reserve needs of a power system. The developed algorithm is mainly based on the integration of the Loss of Load Cost (LOLC) index with the reserve capacity bid prices, for the assessment of the capacity needs considering different markets. The technique will also suggest the maximum acceptable bid price (cap) in a competitive environment, eliminating the possibility of speculations. Thus, the methodology simply inhibits the purchase of reserve capacity, signaling that it is more advantageous to assume customer economic losses due to energy interruption than to allow highly undesired costs. The new technique, if compared to the behavior of the Rational Buyer’s method used by the California ISO (Independent System Operator) for the determining the reserve capacity needs, offers a significant advantage for it allows the selection of the reserve units through the simultaneous evaluation of system reliability and capacity bid prices. The method proposed in this thesis ensures the minimum quality standard in energy supply in competitive environments with the establishment of the minimum amount of reserve (AGC regulation), the determination of the maximum offer value allowed in the reserve markets and the achievement of results that represent the minimum overall cost for these ancillary services procurement. The results of several studies using the IEEE Reliability Test System and the Brazilian Southeastern System are presented and discussed.Esta tese apresenta uma nova técnica probabilística para avaliação das necessidades de reserva operativa de um sistema elétrico de potência num ambiente competitivo. Os principais objetivos são a determinação das capacidades para os diferentes mercados de reserva (regulação, girante, não-girante e reposição), a avaliação das necessidades dessas capacidades para aumentar a confiabilidade no fornecimento e a determinação dos custos correspondentes. A metodologia proposta prescinde do estabelecimento prévio de um índice risco como critério de referência para a avaliação dos montantes de reserva operativa. O algoritmo desenvolvido fundamenta-se principalmente na integração do custo de perda de carga LOLC (Loss of Load Cost) e dos custos de oferta da capacidade para a determinação das necessidades dos diferentes mercados de reserva operativa. Consegue-se, desta forma, estabelecer um balanço entre custos e confiabilidade. A técnica sugere também o máximo custo de oferta para as capacidades de cada mercado de reserva num ambiente competitivo, eliminando a possibilidade do surgimento de situações de especulação. Desta forma, a metodologia simplesmente inibe a compra de capacidade de reserva, sinalizando que é mais vantajoso assumir o prejuízo econômico causado aos usuários pela interrupção de energia que permitir custos extremamente indesejáveis. A nova técnica, se comparada com o comportamento do método Rational Buyer utilizado pelo sistema da Califórnia nos EUA para a determinação das necessidades de capacidade de reserva, oferece uma vantagem bastante significativa, pois permite selecionar as unidades de reserva através da avaliação simultânea da confiabilidade do sistema e dos custos de oferta dessa capacidade. O método proposto nesta tese também garante padrões mínimos de qualidade no fornecimento de energia em ambientes competitivos como o estabe lecimento do montante mínimo de reserva (regulação), determinação do valor máximo de oferta permitido nos mercados de reserva e obtenção de resultados que representam o mínimo custo para o montante total de reserva. Resultados de estudos utilizando os sistemas teste de confiabilidade do IEEE (IEEE Reliability Test System) e o sistema Sudeste Brasileiro são apresentados e discutidos