Modelo de fluxo de potência ótimo dinâmico para sistemas hidrotérmicos

Abstract

Este trabalho propõe um novo modelo para o problema de Fluxo de Potência Ótimo (FPO) relacionado à sistemas hidrotérmicos. Para sistemas hidrotérmicos, os modelos de FPO propostos na literatura têm ignorado, ou tratado de forma simplificada, a representação das restrições hidráulicas das unidades hidrelétricas. O objetivo deste trabalho é propor um modelo de FPO que minimiza os custos de combustíveis de unidades termelétricas para geração de energia elétrica, através de um despacho ativo/reativo, em que as restrições hidráulicas sejam representadas de forma detalhada. Em função da inserção das restrições hidráulicas, o modelo proposto é denominado FPO Hidrotérmico (FPOH). O modelo FPOH é formulado como um problema de otimização não-linear e dinâmico, em que todas as restrições são consideradas para cada período de tempo de uma operação diária, em base horária, representando a dinâmica dos reservatórios das usinas hidrelétricas e do consumo de energia elétrica (demanda). Os testes computacionais do modelo FPOH foram realizados utilizando-se três sistemas IEEE, os quais foram adaptados para sistemas hidrotérmicos com maior participação de geração hidrelétrica. Os resultados obtidos, envolvendo sistemas de pequeno a grande porte, evidenciam a importância das restrições hidráulicas serem representadas de forma detalhada, mostrando a importância do gerenciamento/planejamento hídrico. A representação das restrições hidráulicas mostrou-se particularmente importante para sistemas com matriz energética similar àquela do sistema brasileiro, em que a maior parte da energia gerada é proveniente das usinas hidrelétricas.

This project aims at proposing a new model for the Optimal Power Flow (OPF) problem related to hydrothermal systems. For hydrothermal systems, the OPF models proposed in the literature have ignored or treated in a simplified way the representation of the hydraulic constraints of hydroelectric units. The objective of this project is to propose an OPF model that minimizes the fuel costs of thermoelectric units for the generation of electric energy, through an active/reactive dispatch, in which the hydraulic constraints are considered and represented in detailed way. Due to the insertion of hydraulics constraints, the proposed model is called OPF Hydrothermal (OPFH). The OPFH model is formulated as a nonlinear and dynamic optimization problem, in which all constraints are considered for each time period of a daily operation, on an hourly basis, representing the dynamics of hydroelectric power plant reservoirs and electricity consumption (power demand). The computational tests of the OPFH model were performed using three IEEE systems, which were adapted for hydrothermal systems with greater participation of hydroelectric generation. The results obtained, involving small to large systems, show the importance of hydraulic constraints to be represented in detailed way, showing the importance of water management/planning. The representation of hydraulic constraints proved to be particularly important for systems with an energy matrix similar to that of the Brazilian system, in which most of the energy generated comes from hydroelectric plants.