Modelo computacional para o problema da programação diária da operação integrada de sistemas hidrotérmico e eólico

Abstract

Resumo: Esta dissertação apresenta um modelo computacional para programação diária da operação energética considerando a inserção da geração eólica num sistema hidrotérmico. O problema do planejamento da operação energética em base horária num horizonte diário é um problema de programação não linear e inteira mista de alta complexidade. Para resolver este problema, estudou-se e implementou-se algumas técnicas utilizadas na otimização de problemas apresentadas na literatura, tais como a Relaxação Lagrangeana, Variáveis Artificiais, Método dos Feixes, Lagrangeano Aumentado e Lagrangeano Aumentado Inexato. Também é apresentada neste trabalho uma heurística para a solução de subproblemas da Relaxação Lagrangeana que apresentam características lineares na função objetivo, sendo esta metodologia denominada de Custo Quadrático Artificial. Em seguida é apresentado um modelo híbrido utilizando as técnicas já conhecidas na literatura e o Custo Quadrático Artificial. Das metodologias apresentadas, devido a seu bom desempenho, este trabalho utiliza o modelo híbrido que faz uma junção entre o método de Relaxação Lagrangeana juntamente com as Variáveis Artificiais, o Custo Quadrático Artificial e o Método dos Feixes numa primeira etapa. Na segunda etapa, utiliza-se a Relaxação Lagrangeana juntamente com as Variáveis Artificiais, o Lagrangeano Aumentado Inexato e o subgradiente para solucionar o problema da programação diária da operação eletroenergética, integrada de um sistema hidrotérmico-eólico em barra única, e um sistema formado por três barras para demonstrar os efeitos das restrições das linhas de transmissões. Devido à aleatoriedade e a intermitência da geração eólica e visando garantir a segurança do suprimento do sistema, propõem-se também o uso ótimo da reserva girante (para atender a penetração da energia eólica). Neste trabalho, apresenta-se uma formulação que permite que a totalidade da reserva girante (para atender a penetração da energia eólica), possa assumir valores diferentes dependendo do nível de confiabilidade exigida num dado sistema. Outros fatores importantes são dimensionados como, qual fonte será responsável por atender a reserva girante (para atender a penetração da energia eólica). Diferentes estudos são apresentados para mostrar o efeito no custo de operação quando a totalidade da reserva girante é atendida somente pelas hidrelétricas, somente pelas termoelétricas e outro caso onde ela possa ser atendida por ambas as fontes. Também são apresentados resultados incluindo as restrições de transmissão, utilizando o modelo de fluxo de linha linearizado. Os resultados mostram uma melhora na economia e na eficiência energética ao se considerar apropriadamente o despacho da geração eólica integrada ao problema do planejamento diário de sistemas hidrotérmicos. Esta operação ótima é viabilizada através de um gerenciamento ótimo da reserva girante (para atender a penetração da energia eólica), mitigando assim os riscos causados pela intermitência e aleatoriedade da geração eólica.