Metaheurística para o Problema de Planejamento de Redes de Transmissão de Energia Elétrica com Redimensionamento

Com o passar do tempo, a demanda elétrica de diversas áreas varia tornando necessária a construção de novos geradores elétricos e a expansão da rede de transmissão de energia elétrica. Nesta dissertação, focamos no problema de expansão da rede de transmissão, assumindo que novos geradores estão construídos para suprir as novas demandas. Essa expansão exige altos investimentos que precisam ser cuidadosamente planejados. O problema pode ser modelado como um problema de otimização não linear inteira mista e pertence à classe dos problemas NP-difíceis. Desta forma, uma abordagem heurística pode ser adequada para a sua solução pois pode vir a fornecer boas soluções em tempo computacional aceitável. Esta dissertação se propõe a apresentar um estudo do problema de planejamento da expansão de redes de transmissão de energia elétrica estático e multiestágio. Mostramos o que já existe na literatura para o que é chamado de problema sem redimensionamento e as inovações feitas por nós para o problema com redimensionamento. Quanto aos métodos de solução, utilizamos a metaheurística GRASP para o problema estático e combinamos o GRASP com o procedimento Backward-Forward quando falamos em problema multiestágio. Nesta dissertação comparamos os resultados computacionais obtidos com resultados encontrados na literatura.

Estudo da instabilidade de feixes de condutores em linhas aéreas de transmissão

A demanda de energia elétrica tem aumentado consideravelmente com o observado crescimento da atividade industrial, exigindo o desenvolvimento de novas tecnologias para aumentar a capacidade de transporte de energia por linha. Neste sentido, as linhas de transmissão de alta voltagem, anteriormente formadas por condutores isolados, podem ter a sua capacidade expressivamente incrementada dispondo-se os condutores em feixes, ou seja, com mais de um condutor por fase. A ação do vento nos condutores em forma de feixes originam problemas vibratórios diferentes daqueles comumente encontrados em condutores isolados. Além de oscilações por galope e desprendimento de vórtices, feixes são suscetíveis a oscilações de baixa freqüência causada pelo efeito de interferência das esteiras entre os condutores. Estas oscilações são de dois tipos: (i) movimento de sub-vão, que é característico do condutor a sotavento, o qual pode-se deslocar independentemente dos outros condutores vizinhos, e (ii) movimento de vão completo, no qual movimentos do feixe ocorrem no vão compreendido entre as torres de suporte. Alguns trabalhos na literatura consideram os movimentos de vão completo em condutores coberto por gelo, mas pouca informação se tem sobre o estudo de oscilações em feixes sem a presença de gelo. Devido a complexidade destes fenômenos, não há ainda critérios claros quanto à estabilidade do feixe para as configurações usuais de linhas deste tipo. Este trabalho tem então como objetivo inicial apresentar as principais características dinâmicas de condutores isolados e em feixes. Além disso, apresentar uma análise dos parâmetros que influenciam os movimentos, dentre os quais são citados: características do terreno, velocidade e turbulência do vento, número e arranjo dos condutores, rugosidade do condutor, espaçamento entre condutores, inclinação do feixe, sistemas de espaçadores e de suspensão, tração do condutor, freqüências naturais e efeito de flecha. Ensaios em túnel de vento são normalmente realizados com o propósito de obter-se dados de tipos específicos de condutores e configurações de feixes de condutores. Posteriormente, estes dados podem ser utilizados na análise teórica dos movimentos dos condutores a fim de prever-se a estabilidade dos mesmos. Neste trabalho foram projetados experimentos do tipo estático, que permitiram a obtenção dos coeficientes aerodinâmicos e suas derivadas em relação aos ângulos de incidência do vento em feixes de cabos. Para isto utilizaram-se duas células de carga com extensômetros, onde em uma delas mediu-se diretamente as forças de arrasto e de sustentação e na outra os momentos de torção. Os experimentos foram conduzidos no túnel de vento Prof. Joaquim Blessmann, da UFRGS. Os modelos eram compostos por condutores rígidos de pequeno comprimento que estavam dispostos isoladamente, em feixe de 02 cabos dispostos lado-a-lado ou em feixes de 04 cabos dispostos na configuração de um quadrado. Os ensaios foram realizados para diferentes espaçamentos entre os cabos (10, 14, 18 e 22 diâmetros), para diversos ângulos de inclinação do feixe (0o a 45o) e ainda para diferentes velocidades e condições de escoamento (suave ou turbulento). Os ensaios foram realizados com cabos lisos e cabos do tipo Rook ACSR 24/7, a fim de analisar-se a influência da rugosidade no comportamento dos modelos. Adicionalmente, foi desenvolvida uma aplicação da análise do problema de instabilidade dinâmica através da utilização de equações linearizadas do movimento de condutores em feixe. A partir destas equações, determinam-se as regiões de instabilidade das oscilações de vão completo, em feixes de dois e quatro condutores. Os coeficientes aerodinâmicos utilizados nestas equações foram aqueles determinados nos ensaios no túnel de vento Prof. Blessmann. Finalmente, o conhecimento da influência dos parâmetros vinculados as características do feixe, vão e vento incidente nos coeficientes aerodinâmicos e na conseqüente estabilidade do feixe, possibilita a determinação de alguns critérios de projeto que garantam maior estabilidade dos feixes de condutores.

Trajetória de desenvolvimento tecnológico na indústria de transmissão de energia elétrica: a experiência das Centrais Elétricas do Norte do Brasil S.A. - ELETRONORTE

Esta dissertação estuda as implicações dos processos de aprendizagem para acumulação de competências tecnológicas no nível de firmas. Este relacionamento foi examinado nas Centrais Elétricas do Norte do Brasil S.A. - Eletronorte, ao longo dos anos de 1990 a 2003. A empresa tem sua sede administrativa em Brasília e a sua área de atuação é caracterizada pela Amazônia Legal (Acre, Amapá, Amazonas, Maranhão, Mato Grosso, Pará, Rondônia, Roraima e Tocantins). A Eletronorte é uma empresa concessionária de geração e transmissão de energia elétrica, contudo, o presente trabalho enfocou apenas as atividades de transmissão, quer dizer, a geração está fora do escopo do estudo. A acumulação de competências tecnológicas para adaptar, modificar ou criar novas tecnologias é essencial para a sobrevivência e o desempenho competitivo das empresas. Para descrever o modo e a velocidade de acumulação de competências tecnológicas na Eletronorte, foram utilizadas estruturas analíticas existentes na literatura. Entretanto, tais estruturas foram adaptadas especificamente para a indústria de transmissão de energia elétrica. A acumulação de competências foi estudada para três funções tecnológicas: "engenharia, projetos e equipamento"; "operação e manutenção"; "processos operacionais". Os processos de aprendizagem foram examinados à luz de quatro características-chave: variedade, intensidade, funcionamento e interação. Durante o período de 1990 e 2003, a empresa construiu e acumulou diferentes níveis de competências tecnológicas nas funções estudadas. Com base nas evidências empíricas, verificou-se que a partir de 1995, quando a empresa passou a coordenar sistematicamente esforços para adquirir e converter conhecimentos do nível individual para o nível organizacional, a construção de capacitação tecnológica foi acelerada. Contudo, a partir do ano de 2000, em que foram diminuídos investimentos no setor elétrico brasileiro, o processo de capacitação tecnológica permaneceu estagnado. Assim, aliando-se a estudos anteriores realizados para outros tipos de indústria, a conclusão deste estudo sugere que o modo e a velocidade com que a firma acumulou capacitação tecnológica podem ser explicados pelos processos de aprendizagem (aquisição interna e externa, socialização e codificação do conhecimento) e pelas características-chave de como esses foram utilizados ao longo do tempo (variedade, intensidade, funcionamento e interação).

A atratividade do negócio de transmissão de energia elétrica no novo modelo setorial brasileiro

Trata da reestruturação do setor elétrico brasileiro implementada na segunda metade dos anos 90, enfatizando o surgimento das empresas de transmissão de energia elétrica. Analisa os modelos de tarifação existentes e sua utilização no caso brasileiro. Examina a taxa de retorno e os riscos envolvidos no negócio de transmissão de energia, sugerindo uma proposta de remuneração para as empresas deste segmento.

A utilização de leilões em modelos de expansão da rede de transmissão de energia elétrica

Com o objetivo de contribuir com a literatura sobre a regulação dos setores de infraestrutura, este trabalho apresenta uma análise do modelo regulatório utilizado para viabilizar a expansão de capacidade do setor de transmissão de energia elétrica no Brasil. Neste país, de dimensões continentais, o setor de transmissão tem um papel de fundamental importância para garantir o suprimento de energia elétrica e, consequentemente, para viabilizar uma trajetória de crescimento sustentável da atividade econômica. Grandes quantidades de energia são transportadas entre as unidades geradoras, principalmente hidroelétricas que, em muitos casos, estão localizadas em regiões bem distantes dos grandes centros de consumo. Devido à similaridade entre as dimensões continentais e os volumes de energia produzidos e consumidos, são comparados os modelos regulatórios utilizados para a expansão da transmissão no Brasil e Argentina. Aspectos institucionais e dos sistemas políticos nos dois países são ressaltados para explicar as diferenças entre os dois modelos e os resultados alcançados em cada um dos países. Neste caso destacam-se os desafios para expansão da infraestrutura de transmissão de elevada tensão e grande extensão no caso argentino e os benefícios do modelo brasileiro que combina a realização de leilões com um mecanismo de planejamento centralizado. As especificidades do modelo regulatório brasileiro, principalmente do modelo híbrido de leilões de contratos de concessões de transmissão, acompanhado de revisões periódicas da receita dos investidores têm especial atenção. Através de uma análise dos lances apresentados nos leilões realizados no Brasil entre 2002 e 2008, testa-se a reação dos participantes com relação à mudança no modelo regulatório introduzida em 2006, ano em que foi introduzida a revisão tarifária periódica nos contratos de concessão para serviços de transmissão. Evidencia-se que, com esta mudança, os participantes não diminuíram os deságios praticados nos leilões, indicando que não houve aumento da percepção de risco do negócio para os investidores devido a esta mudança na regulação. As informações utilizadas pelos participantes para formulação dos lances, no modelo de leilões para a expansão da transmissão no Brasil, são analisadas através de uma amostra ampliada dos lances apresentados no período 1999-2011. Encontram-se evidências empíricas de que os lances dos participantes são correlacionados, indicando que estes levam em consideração os lances dos seus competidores para formulação de seus próprios lances.

Uso de técnicas de otimização baseadas em derivadas como suporte do planejamento operacional de redes de distribuição de energia elétrica

The usual programs for load flow calculation were in general developped aiming the simulation of electric energy transmission, subtransmission and distribution systems. However, the mathematical methods and algorithms used by the formulations were based, in majority, just on the characteristics of the transmittion systems, which were the main concern focus of engineers and researchers. Though, the physical characteristics of these systems are quite different from the distribution ones. In the transmission systems, the voltage levels are high and the lines are generally very long. These aspects contribute the capacitive and inductive effects that appear in the system to have a considerable influence in the values of the interest quantities, reason why they should be taken into consideration. Still in the transmission systems, the loads have a macro nature, as for example, cities, neiborhoods, or big industries. These loads are, generally, practically balanced, what reduces the necessity of utilization of three-phase methodology for the load flow calculation. Distribution systems, on the other hand, present different characteristics: the voltage levels are small in comparison to the transmission ones. This almost annul the capacitive effects of the lines. The loads are, in this case, transformers, in whose secondaries are connected small consumers, in a sort of times, mono-phase ones, so that the probability of finding an unbalanced circuit is high. This way, the utilization of three-phase methodologies assumes an important dimension. Besides, equipments like voltage regulators, that use simultaneously the concepts of phase and line voltage in their functioning, need a three-phase methodology, in order to allow the simulation of their real behavior. For the exposed reasons, initially was developped, in the scope of this work, a method for three-phase load flow calculation in order to simulate the steady-state behaviour of distribution systems. Aiming to achieve this goal, the Power Summation Algorithm was used, as a base for developing the three phase method. This algorithm was already widely tested and approved by researchers and engineers in the simulation of radial electric energy distribution systems, mainly for single-phase representation. By our formulation, lines are modeled in three-phase circuits, considering the magnetic coupling between the phases; but the earth effect is considered through the Carson reduction. It s important to point out that, in spite of the loads being normally connected to the transformer s secondaries, was considered the hypothesis of existence of star or delta loads connected to the primary circuit. To perform the simulation of voltage regulators, a new model was utilized, allowing the simulation of various types of configurations, according to their real functioning. Finally, was considered the possibility of representation of switches with current measuring in various points of the feeder. The loads are adjusted during the iteractive process, in order to match the current in each switch, converging to the measured value specified by the input data. In a second stage of the work, sensibility parameters were derived taking as base the described load flow, with the objective of suporting further optimization processes. This parameters are found by calculating of the partial derivatives of a variable in respect to another, in general, voltages, losses and reactive powers. After describing the calculation of the sensibility parameters, the Gradient Method was presented, using these parameters to optimize an objective function, that will be defined for each type of study. The first one refers to the reduction of technical losses in a medium voltage feeder, through the installation of capacitor banks; the second one refers to the problem of correction of voltage profile, through the instalation of capacitor banks or voltage regulators. In case of the losses reduction will be considered, as objective function, the sum of the losses in all the parts of the system. To the correction of the voltage profile, the objective function will be the sum of the square voltage deviations in each node, in respect to the rated voltage. In the end of the work, results of application of the described methods in some feeders are presented, aiming to give insight about their performance and acuity

Localização de faltas em linhas de transmissão de múltiplos terminais a partir de registros oscilográficos sincronizados via transformada wavelet

The electric energy is essential to the development of modern society and its increasing demand in recent years, effect from population and economic growth, becomes the companies more interested in the quality and continuity of supply, factors regulated by ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica). These factors must be attended when a permanent fault occurs in the system, where the defect location that caused the power interruption should be identified quickly, which is not a simple assignment because the current systems complexity. An example of this occurs in multiple terminals transmission lines, which interconnect existing circuits to feed the demand. These transmission lines have been adopted as a feasible solution to suply loads of magnitudes that do not justify economically the construction of new substations. This paper presents a fault location algorithm for multiple terminals transmission lines - two and three terminals. The location method is based on the use of voltage and current fundamental phasors, as well as the representation of the line through its series impedance. The wavelet transform is an effective mathematical tool in signals analysis with discontinuities and, therefore, is used to synchronize voltage and current data. The Fourier transform is another tool used in this work for extract voltage and current fundamental phasors. Tests to validate the location algorithm applicability used data from faulty signals simulated in ATP (Alternative Transients Program) as well as real data obtained from oscillographic recorders installed on CHESF s lines.

Localização de faltas em linhas de transmissão usando morfologia matemática

This work an algorithm for fault location is proposed. It contains the following functions: fault detection, fault classification and fault location. Mathematical Morphology is used to process currents obtained in the monitored terminals. Unlike Fourier and Wavelet transforms that are usually applied to fault location, the Mathematical Morphology is a non-linear operation that uses only basic operation (sum, subtraction, maximum and minimum). Thus, Mathematical Morphology is computationally very efficient. For detection and classification functions, the Morphological Wavelet was used. On fault location module the Multiresolution Morphological Gradient was used to detect the traveling waves and their polarities. Hence, recorded the arrival in the two first traveling waves incident at the measured terminal and knowing the velocity of propagation, pinpoint the fault location can be estimated. The algorithm was applied in a 440 kV power transmission system, simulated on ATP. Several fault conditions where studied and the following parameters were evaluated: fault location, fault type, fault resistance, fault inception angle, noise level and sampling rate. The results show that the application of Mathematical Morphology in faults location is very promising

Interface Gráfica para o planejamento da expansão da transmissão de energia elétrica

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Busca em vizinhança variável aplicado na solução do problema de planejamento da expansão do sistema de transmissão de energia elétrica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Novas aplicações de metaheurísticas na solução do problema de planejamento da expansão do sistema de transmissão de energia elétrica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Metaheurística GRASP para o problema de planejamento da expansão de sistemas de transmissão de energia elétrica

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Algoritmos busca tabu paralelos aplicados ao planejamento da expansão da transmissão de energia elétrica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Planejamento da expansão de sistemas de transmissão considerando a retirada de linhas de transmissão

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Times assíncronos inicializadores para o planejamento da expansão da transmissão de energia elétrica baseados no modelo híbrido linear

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)