Representação da produtibilidade variável de usinas hidrelétricas no acoplamento entre os problemas do planejamento da operação energética de médio e curto prazos

Abstract

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2020.O planejamento da operação energética de sistemas hidrotérmicos é resolvido com o apoio de vários modelos de otimização, que representam diferentes níveis de modelagem de acordo com os respectivos horizontes de estudo. No problema de médio prazo, cujo horizonte é plurianual, o sistema hidrelétrico é modelado com base no conceito de reservatório equivalente de energia. Por sua vez, no problema de curto prazo, o sistema hidrelétrico é representado por usinas individualizadas em um horizonte de poucos meses. O acoplamento entre os dois problemas de planejamento é feito pela inclusão da função de custo futuro (FCF), obtida no problema de médio prazo, no final do horizonte do problema de curto prazo. Dadas as características distintas de representação do sistema hidrelétrico, a FCF calculada no médio prazo deve ser desagregada para ser incluída no problema de curto prazo. Atualmente, a estratégia utilizada no acoplamento entre os problemas consiste em considerar constante a produtibilidade das usinas hidrelétricas para a conversão dos parâmetros do modelo equivalente em termos da modelagem individualizada. Neste contexto, este trabalho representa a produtibilidade em função do volume armazenado, permitindo assim uma melhor representação na desagregação do modelo equivalente. Contudo, a produtibilidade variável resulta em não linearidades, as quais precisam ser linearizadas no problema de curto prazo. Assim, são testadas duas estratégias, baseadas em envelopes de McCormick e restrições lineares inteiras mistas. Com um sistema teste de 7 usinas hidrelétricas e 7 termelétricas, são analisadas 7 árvores de cenários estocásticos de afluências, comparando as duas representações com a solução atual adotada pelo Setor Elétrico Brasileiro. Os resultados indicam diferenças significativas entre as produtibilidades resultantes das decisões fornecidas pelo acoplamento proposto e aquelas utilizadas pela atual solução do setor, indicando a necessidade de investigar um problema maior aplicado ao Sistema Interligado Nacional.Abstract: The generation scheduling problem of hydrothermal power systems is solved by several optimization models, which represent different modeling levels and planning horizons. The medium-term problem uses a composite representation of hydroelectric systems in a multiannual horizon. On the other hand, the short-term problem represents the hydroelectric systems through individual power plants in a few months? horizon. A future cost function (FCF) obtained from the medium-term problem allows coordinating both generation scheduling problems. Hence, the FCF calculated at the medium-term must be disaggregated to be included in the short-term problem due to the different hydroelectric system representations. The current strategy consists of using constant hydropower productivity coefficients to convert the composite representation parameters to individualized modeling. In this sense, this work considers hydropower productivity as a function of stored water volume, which allows a better representation for the equivalent model disaggregation. Nevertheless, the variable hydropower productivity results in nonlinearities, which must be linearized in the short-term problem. Thereby, two approaches are tested based on McCormick envelopes and mixed-integer linear constraints. Seven inflow scenario trees applied to a system of seven hydropower plants and seven thermal power plants allow analyzing the present solution adopted by the Brazilian Power Sector in contrast with both representations. Results attest significant differences between the hydropower coefficients calculated by the proposed coupling and those used by the Brazilian Power Sector, which indicates the necessity of a broader investigation based on the National Interconnected System