Escalonamento de geradores térmicos com integração de produção eólica: uma abordagem baseada em programação inteira mista

A alta e crescente participação da energia eólica na matriz da produção traz grandes desafios aos operadores do sistema na gestão da rede e planeamento da produção. A incerteza associada à produção eólica condiciona os processos de escalonamento e despacho económico dos geradores térmicos, uma vez que a produção eólica efetiva pode ser muito diferente da produção prevista. O presente trabalho propõe duas metodologias de otimização do escalonamento de geradores térmicos baseadas em Programação Inteira Mista. Pretende-se encontrar soluções de escalonamento que minimizem as influências negativas da integração de energia eólica no sistema elétrico. Inicialmente o problema de escalonamento de geradores é formulado sem considerar a integração da energia eólica. Posteriormente foi considerada a penetração da energia eólica no sistema elétrico. No primeiro modelo proposto, o problema é formulado como um problema de otimização estocástico. Nesta formulação todos os cenários de produção eólica são levados em consideração no processo de otimização. No segundo modelo, o problema é formulado como um problema de otimização determinística. Nesta formulação, o escalonamento é feito para cada cenário de produção eólica e no fim determina-se a melhor solução por meio de indicadores de avaliação. Foram feitas simulações para diferentes níveis de reserva girante e os resultados obtidos mostraram que a alta participação da energia eólica na matriz da produção põe em causa a segurança e garantia de produção devido às características volátil e intermitente da produção eólica e para manter os mesmos níveis de segurança é preciso dispor no sistema de capacidade reserva girante suficiente capaz de compensar os erros de previsão.

Esclonamento de máquinas de cogeração utilzando programação inteira mista

As centrais termoelétricas convencionais convertem apenas parte do combustível consumido na produção de energia elétrica, sendo que outra parte resulta em perdas sob a forma de calor. Neste sentido, surgiram as unidades de cogeração, ou Combined Heat and Power (CHP), que permitem reaproveitar a energia dissipada sob a forma de energia térmica e disponibilizá-la, em conjunto com a energia elétrica gerada, para consumo doméstico ou industrial, tornando-as mais eficientes que as unidades convencionais Os custos de produção de energia elétrica e de calor das unidades CHP são representados por uma função não-linear e apresentam uma região de operação admissível que pode ser convexa ou não-convexa, dependendo das caraterísticas de cada unidade. Por estas razões, a modelação de unidades CHP no âmbito do escalonamento de geradores elétricos (na literatura inglesa Unit Commitment Problem (UCP)) tem especial relevância para as empresas que possuem, também, este tipo de unidades. Estas empresas têm como objetivo definir, entre as unidades CHP e as unidades que apenas geram energia elétrica ou calor, quais devem ser ligadas e os respetivos níveis de produção para satisfazer a procura de energia elétrica e de calor a um custo mínimo. Neste documento são propostos dois modelos de programação inteira mista para o UCP com inclusão de unidades de cogeração: um modelo não-linear que inclui a função real de custo de produção das unidades CHP e um modelo que propõe uma linearização da referida função baseada na combinação convexa de um número pré-definido de pontos extremos. Em ambos os modelos a região de operação admissível não-convexa é modelada através da divisão desta àrea em duas àreas convexas distintas. Testes computacionais efetuados com ambos os modelos para várias instâncias permitiram verificar a eficiência do modelo linear proposto. Este modelo permitiu obter as soluções ótimas do modelo não-linear com tempos computationais significativamente menores. Para além disso, ambos os modelos foram testados com e sem a inclusão de restrições de tomada e deslastre de carga, permitindo concluir que este tipo de restrições aumenta a complexidade do problema sendo que o tempo computacional exigido para a resolução do mesmo cresce significativamente.

Um modelo de programação inteira para a otimização da distribuição do serviço docente

Dissertação de mestrado em Engenharia Industrial

Conversão de árvores em multiprodutos da madeira utilizando programação inteira

Este estudo foi conduzido visando aumentar a renda e a segurança de um empreendimento florestal através da conversão de árvores em multiprodutos de madeira utilizando programação inteira. Os dados utilizados são referentes a um plantio de um clone híbrido de Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla, aos 7 anos de um produtor rural na zona da mata em Minas Gerais. Para realização da conversão otimizada, foram utilizadas informações de alternativas de comercialiação da madeira produzida no povoamento e das características dos produtos. Foram consideradas 4 alternativas de destino das toras: energia, celulose, escora e serraria, com diferentes dimensões requeridas quanto aos diâmetros mínimos e máximos e o comprimento das toras. O problema se resumiu em atender a combinação otimizada baseado em dois cenários propostos: a) Maximização do volume total obtido, e b) otimização da receita global obtida. A fim comparativo, destinou-se a floresta a um único produto sem estudo de otimização. A comparação dos resultados obtidos demonstra os benefícios econômicos obtidos pela conversão do plantio em multiprodutos quando comparado a uso único, tendo um acréscimo médio de 33,69% na receita média obtida por apenas um produto. A maximização da receita total obtida teve um acréscimo de 20,6% e 16,3% quando comparada a receita obtida pela destinação do povoamento para escora e pela maximização do volume respectivamente. Logo, conclui-se que a otimização da receita global demonstrou-se ser a melhor alternativa de remuneração advinda do povoamento florestal.

Métodos híbridos de pontos interiores e de programação inteira 0-1 para problemas de custo de colheita da cana-de-açúcar e de custo de coleta e geração de energia relacionados à sua biomassa

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEB

Modelos de programação inteira mista para a alocação ótima de bancos de capacitores em sistemas de distribuição de energia elétrica radias

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Um modelo de otimização inteira mista e heurísticas relax and fix para a programação da produção de fábricas de refrigerantes de pequeno porte

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Um Modelo de otimização inteira mista na programação de produção de mangueiras hidráulicas

This work deals with a problem of mixed integer optimization model applied to production planning of a real world factory that aims for hydraulic hose production. To optimize production planning, a mathematic model of MILP Mixed Integer Linear Programming, so that, along with the Analytic Hierarchy process method, would be possible to create a hierarchical structure of the most import criteria for production planning, thus finding through a solving software the optimum hose attribution to its respective machine. The hybrid modeling of Analytic Hierarchy Process along with Linear Programming is the focus of this work. The results show that using this method we could unite factory reality and quantitative analysis and had success on improving performance of production planning efficiency regarding product delivery and optimization of the production flow

Um Modelo de otimização inteira mista na programação de produção de mangueiras hidráulicas

This work deals with a problem of mixed integer optimization model applied to production planning of a real world factory that aims for hydraulic hose production. To optimize production planning, a mathematic model of MILP Mixed Integer Linear Programming, so that, along with the Analytic Hierarchy process method, would be possible to create a hierarchical structure of the most import criteria for production planning, thus finding through a solving software the optimum hose attribution to its respective machine. The hybrid modeling of Analytic Hierarchy Process along with Linear Programming is the focus of this work. The results show that using this method we could unite factory reality and quantitative analysis and had success on improving performance of production planning efficiency regarding product delivery and optimization of the production flow

Problemas com o uso de programação linear com posterior arredondamento da solução ótima, em regulação florestal

O principal objetivo deste trabalho foi avaliar, com a ajuda da Programação Inteira, as conseqüências do uso da Programação Linear com posterior arredondamento das respostas, com ênfase na regulação de florestas eqüiâneas. Para isto, um problema de regulação florestal simplificado foi idealizado e resolvido pelo modelo I, por meio de Programação Linear, Programação Linear com posterior arredondamento e Programação Inteira. Ao final, concluiu-se que o arredondamento das respostas obtidas pelo modelo resolvido por Programação Linear levou a uma solução inviável para o problema de regulação proposto. O mesmo não ocorreu com o modelo de Programação Inteira, que apresentou um plano de regulação factível e otimizado, mostrando que, do ponto de vista matemático, respostas com arredondamento da solução de modelos de Programação Linear não devem ser adotadas.

Heurística de programação da produção para uma indústria cerâmica

Atualmente, uma organização industrial com vista a singrar no mercado global é fortemente influenciada por pressões que visam o aumento da eficiência global e consequente redução de custos operacionais. O desafio para as mesmas passa, portanto, por expurgar do produto tudo aquilo que não lhe acrescenta valor percetível pelo cliente e por maximizar a utilização dos vários recursos industriais instalados. No seguimento deste desafio, surge o Problema de Planeamento e Programação da Produção, ao qual é necessário dar uma resposta eficiente. Este projeto tem como objetivo estudar o problema da Programação da Produção numa indústria de pavimentos e revestimentos cerâmicos, desenvolvendo uma heurística construtiva capaz de traduzir com fiabilidade a realidade do processo produtivo da mesma e, se possível, auxiliar na sua resolução. O problema da programação da produção em estudo visa responder às questões: o quê, em que quantidade, quando e em que linha produzir, por forma a satisfazer as necessidades dos clientes num prazo previamente estipulado como admissível, garantindo o enchimento dos fornos ligados. Sem grandes constrangimentos ao normal lavor da Produção, pretende obter-se com a heurística planos de produção viáveis, que minimizem o tempo necessário para a conclusão do conjunto de referências com necessidades produtivas. O problema é também abordado através de um modelo exato como um problema de máquinas paralelas idênticas capacitado, com matriz de compatibilidades, setups de família e de subfamília e com lotes mínimos de produção. Quer a heurística quer o modelo de programação inteira mista desenvolvidos permitem obter planos de produção válidos, equivalentes aos obtidos atualmente pela empresa através dos meios de programação atuais, embora com um dispêndio de tempo muito inferior.

Planeamento do consumo de energia eléctrica

O objectivo deste trabalho é optimizar o planeamento de produção tendo como meta a redução do custo total da energia eléctrica consumida. Este trabalho está dividido em 3 etapas distintas: na 1ª etapa foi feito um levantamento do problema, das restrições do mesmo e da escolha do modelo para a sua resolução. Na etapa seguinte, fez-se a escolha da ferramenta a usar, que foi o Xpress, e fez-se a implementação do problema nessa mesma ferramenta. E por fim, na 3ª etapa, foi feita a validação do modelo e análise das soluções obtidas com comparações com que o era feito antes. Recorrendo a programação inteira foi desenvolvido um modelo de optimização para atingir o objectivo em causa e consequentemente foi escrito o código que reflectisse o modelo matemático. Todos os passos necessários à sua implementação foram concluídos e validados com comparação com o que antes se fazia, notando-se assim melhorias ao nível de eficiência energética na ordem dos 8%, mas também uma melhoria no aproveitamento de recursos humanos e tempo que eram despendidos para desenvolver planos de produção de forma manual. Essa melhoria temporal que se compreende entre quatro a seis horas semanais pode ser aplicada noutras actividades da empresa com maior valor acrescentado.

Optimização do corte de chapas

O presente trabalho visa denotar a importância de ferramentas e técnicas utilizadas como apoio à tomada de decisão. Foi proposto um problema de corte cujo objectivo primordial procura minimizar o desperdício gerado resultante do processo de obtenção de um produto, utilizando um caso representativo de um produto em chapa, fabricado por uma empresa que conta três décadas de laboração contínua, proposeram-se e realizaram-se estudos no sentido de solucionar recursos causadores de desperdício. Neste trabalho aplicou-se um problema de corte bi-dimensional a uma indústria que recorre ao fabrico de produtos em chapa, por forma a minimizar o desperdício relativo ao processo utilizado. Propôs-se quatro alternativas à solução actual realizada na empresa, que passa pela disposição e combinação de vários tipos de cortes-padrão que podem ser executados nas diferentes dimensões de matéria-prima disponibilizada. Estas alternativas têm como vantagem apresentar reduções que se traduzam significativas para os custos implícitos à realização do processo produtivo. Os estudos computacionais praticados mostraram que as soluções propostas como alternativa obtiveram melhores resultados que os obtidos pela empresa, excepto num caso.

Problema de atribuição de vigilâncias de exames a docentes

O presente trabalho foi realizado com o intuito de resolver o problema de alocação de vigilantes a exames do Instituto Superior de Engenharia do Porto, no departamento de Engenharia Mecânica. O modelo apresentado faz a atribuição das vigilâncias de uma forma hierárquica, utilizando vários critérios, desde a regência da unidade curricular até à simples vigilância. Devido ao facto de estar implementado informaticamente, apresenta reduzidos tempos na formulação e obtenção de uma solução, o que o torna uma boa ferramenta para a criação de cenários alternativos. Em suma, o modelo proposto neste trabalho apresenta soluções de melhor qualidade, em que a distribuição de afetações é proporcional entre os docentes, e o seu tempo de obtenção é muito reduzido em comparação com a alternativa atual.

Automatização e otimização do escalonamento de pessoal hospitalar

Dissertação de mestrado em Engenharia de Sistemas