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Orientadora: Profa. Dra. Maria Teresinha Arns Steiner Coorientador: Prof. Dr. Alexandre Rasi Aoki Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa : Curitiba, 26/09/2014 Inclui referências: p. 113-125 Área de concentração: Programação Matemática Resumo: As previsões de carga são foco de interesse por parte das operadoras do sistema e das concessionárias de energia elétrica, pois com base nessas projeções é feita a tomada de decisões no âmbito de planejamento, operação e controle de sistemas de potência, ressaltando sua importância técnica e econômica. Ao longo dos anos, diversos métodos têm sido desenvolvidos e aplicados ao problema de previsão, alguns inclusive utilizando variáveis externas que influenciam indiretamente no comportamento das cargas, porém normalmente não considerando a topologia do sistema. Para unir a previsão por barramento à topologia da rede elétrica podem-se aplicar conceitos de sistemas dinâmicos como a modelagem por redes de mapas acoplados, um modelo que abrange sistemas espacialmente extensos que possuam dinâmica no tempo e espaço. Ao se modelar um sistema de potência por meio desta técnica, faz-se necessário adicionar variáveis que especifiquem as características da rede, como as conexões entre as barras. Neste trabalho foi desenvolvido um método híbrido para previsão de carga inspirado nos conceitos de Redes de Mapas Acoplados. Neste método, são realizadas previsões individuais para as barras através de técnicas de previsão de séries temporais, cujos resultados são acoplados de forma a considerar a topologia do sistema. Para testar o método proposto foram utilizados dois sistemas teste com dados reais, um com 11 e o outro com 14 barras. Os resultados mostraram que para sistemas maiores e com melhor qualidade nos dados históricos, o acoplamento das previsões retorna menores erros de previsão. Em sistemas com maior quantidade de erros a estratégia de acoplamento é prejudicada, pois se perde a influência que as barras exercem umas sobre as outras. Outro resultado interessante foi que em todas as vezes que uma técnica apresenta erro maior que a média de erros obtida com todos os métodos de previsão o acoplamento traz benefícios e reduz o erro de previsão da barra. Palavras Chaves: Redes de Mapas Acoplados. Previsão de Carga. Sistemas Híbridos. Inteligência Artificial. Abstract: Load forecasting is an interesting task focused by system operators and power utilities because their results are the basis to the decision-making in power systems planning, operation and control. Over the years, several methods have been developed and applied to load forecasting problem, some of them use external variables which influence the loads behavior in an indirect way, but usually without considering the system topology. The characteristics of power grid can be added to load forecasting by applying dynamic systems theory, such as coupled map lattices, a model which includes spatially extended systems with time and space dynamic. When modeling a power system by this technique, it is necessary to add to the problem variables which specify network topology, such as connections between buses. In this work, it was developed a hybrid method for load forecast inspired by the concepts of coupled map lattices. In this method, first the forecast for the buses are performed by a technique of time series forecast. Then the results are coupled using system topology. This methodology was tested using two test systems, one with 11 buses and another with 14 buses, including real data series. The results showed that for larger and better quality of historical data systems, the coupling of forecasts returns smaller prediction errors. In systems with more problems the coupling is worse, because the influences between the buses are lost. Another interesting result was that at all times that the erros of a technique is higher than the mean of the others methods, the coupling is good and reduces the bus prediction error. Keywords: Coupled Map Lattices. Load Forecasting. Hybrid Systems. Artificial Intelligence.

Orientadora : Profª Drª Elizabeth Wegner Karas Orientador : Prof. Dr. Ademir Alves Ribeiro Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciencias Exatas e Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduaçao em Métodos Numéricos em Engenharia Inclui bibliografia Defesa: Curitiba, 2006

Orientador: Luiz Carlos Matioli Coorientadora: Ana Paula Oening Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa : Curitiba, 30/08/2021 Inclui referências: p. 74-77 Resumo: Neste trabalho, reformulamos o algoritmo de otimização global GOP para uma classe de problemas que satisfaz determinadas condições. Essas condições impõe que o problema seja bilinear e que as variáveis que determinam diferentes termos bilineares sejam únicas. Além disso, através de exemplos didáticos, mostramos que a partir de manipulações algébricas estas condições se aplicam a classe de problemas mais gerais, como quadráticos e polinomiais. A partir da reformulação do algoritmo GOP, garantimos uma redução no número de restrições que se acumulam ao longo das iterações, apresentamos novos significados para algumas propriedades já conhecidas do algoritmo GOP. Consequentemente, uma nova formulação para os problemas duais relaxados é fornecida. Por fim, testes numéricos foram realizados para comparar o tempo computacional entre o algoritmo GOP da literatura e o algoritmo GOP com as modificações propostas neste trabalho. Nos testes, o modelo proposto proporciona uma redução média de até 70% no tempo computacional. Além disso, com o intuito de destacar a importância da otimização global em comparação com a local, foram confrontados os valores ótimos obtidos entre o algoritmo de otimização global e o solver fmincon disponível no Matlab. Com o uso da otimização global, quando comparada com a local, obtemos uma redução do valor ótimo de até 2417,26%. Abstract: In this thesis, we reformulate the GOP global optimization algorithm for a class of problems that satisfy certain conditions. These conditions impose that the problem be bilinear and that the variables determining the bilinear terms be unique. Furthermore, through didactic examples, we show that from algebraic manipulations these conditions apply to a more general class of problems, such as quadratic and polynomial problems. Based on the reformulation of the GOP algorithm, we guarantee a reduction in the number of constraints that accumulate over iterations, we present new meanings for some already known properties of the GOP algorithm. Consequently, a new formulation for the relaxed dual problems is provided. Finally, numerical tests were performed to compare the computational time between the GOP algorithm from the literature and the GOP algorithm with the modifications proposed in this thesis. In the tests, the proposed model provides an average reduction of up to 70% in computational time. Moreover, with the objective of highlighting the importance of the global optimization in comparison with the local one, the optimal values obtained between the global optimization algorithm and the fmincon solver available in Matlab were compared. With the use of the global optimization, when compared to the local one, we obtain a reduction of the optimal value of up to 2417.26%.

Orientador: Dr. Luiz Carlos Matioli Coorientadora: Dra. Ana Paula Oening Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa : Curitiba, 12/02/2019 Inclui referências: p.104-106 Área de concentração: Programação Matemática Resumo: Este trabalho apresenta um modelo de simulador para planos operativos aplicados ao sistema hidrot'ermico brasileiro de gera?c˜ao de energia. O simulador 'e capaz de representar a maioria dos detalhes associados ao parque hidrot'ermico brasileiro que n˜ao s˜ao considerados na otimiza?c˜ao do planejamento, tornando-o mais pr'oximo de sua realidade de opera?c˜ao. Este simulador analisa primeiramente o planejamento da opera?c˜ao das usinas hidroel 'etricas e, posteriormente, define a opera?c˜ao das usinas termoel'etricas e intercˆambios entre subsistemas. A simula?c˜ao de usinas hidroel'etricas 'e realizada individualmente para os per'?odos de planejamento da opera?c˜ao a m'edio prazo, considerando aspectos f'?sicos e operativos inerentes a essas usinas, tais como a evapora?c˜ao l'?quida dos reservat'orios de armazenamento de 'agua, engolimento m'aximo do seu canal adutor, rendimento do conjunto turbina-gerador, vaz˜ao ecol'ogica para atividades ao longo do leito do rio e a gera?c˜ao hidr'aulica m'axima. A opera?c˜ao das usinas termoel'etricas e intercˆambios de energia 'e obtida por uma otimiza?c˜ao quadr'atica visando minimizar os custos de opera?c˜ao das usinas termoel'etricas e, principalmente, o deficit de atendimento 'a demanda do sistema considerado, respeitando os limites extremos de gera?c˜ao t'ermica e intercˆambio entre subsistemas. O simulador foi desenvolvido buscando alta velocidade de execu?c˜ao, flexibilidade e aplica?c˜ao ao sistema hidrot'ermico brasileiro. As rotinas do simulador foram desenvolvidas utilizando o software MATLAB® para Windows®. Experimentos num'ericos com este simulador s˜ao realizados para um sistema composto por 142 usinas hidroel'etricas e 106 usinas termoel'etricas distribu'?das pelo territ'orio brasileiro, analisando a sensibilidade do simulador quanto 'a opera?c˜ao das usinas por estudos de caso para a cascata do rio Igua?cu - Paran'a, e destacando algumas caracter'?sticas e influˆencias da modelagem do problema de planejamento da opera?c˜ao adotado neste trabalho. Os resultados obtidos indicam que a considera?c˜ao das curvas colina conjuntas, como rendimento de m'aquina, reduz os custos de planejamento da opera?c˜ao em rela?c˜ao ao emprego da produtibilidade m'edia na simula?c˜ao. J'a a inclus˜ao da evapora?c˜ao l'?quida linearizada no modelo de planejamento otimizado reduz as pertuba?c˜oes na evolu?c˜ao do armazenamento de 'agua nos reservat'orios durante a simula?c˜ao. Palavras-chaves: Simula?c˜ao; Problema do planejamento da opera?c˜ao a m'edio prazo; Despacho hidrot'ermico; Programa?c˜ao n˜ao linear. Abstract: This work presents a simulator of operational plans for the Brazilian hydrothermal power generation system. The simulator is capable of representing most details associated to the Brazilian hydrothermal park, refining the operation plan. This simulator analyzes, first of all, the operation of hydroeletric power-plants and later, defines the operation of the thermoelectric power-plants and interchanges of energy between subsystems for the inflow series considered. The operation plan of the hydraulic power-plants are analyzed individually for the periods of the medium-term horizon, considering the physical and operational variables inherent to the plants, such as the evaporation of the liquid capacity of water, maximal turbine water discharge of their penstock, turbine-generator set efficiency, flow ecology for activities along the river bed and the maximum hydraulic output. The operation of the thermoelectric power-plant and energy interchange is obtained by a quadratic optimization aiming to minimizing the operating costs of the thermoelectric power-plants and, mainly, in attendance of the demand deficit in the considered system, respecting the extreme limits of generation and the energy exchange between subsystems. The simulator was developed looking for high speed of execution, flexibility and application to the Brazilian hydrothermal system. The routines of this simulator were implemented using the software MATLAB® for Windows®. Numerical experiments with this simulator are provided by a system composed of 142 hydroelectric power-plants and 106 thermoelectric power-plants by means of case studies for the Igua?cu river cascade - Paran'a, and to highlight some characteristics and influences of the modeling of the operation planning problem adopted in this work. The results obtained indicate that the consideration of the "joint hill curve" (curva colina conjunta), as machine yield, reduces the planning costs of the operation in relation to the simulation using the average productivity, and the inclusion of linearized liquid evaporation in the optimum planning model reduces the perturbations in the evolution of the water storage in the reservoirs during the simulation. Key-words: Simulation; Medium-term operational plans problem; Hydrothermal dispatch; Non linear programing.

Orientadora : Profa. Dra. Neida Maria Patias Volpi Coorientadora : Dra. Ana Paula Oening Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa: Curitiba, 24/02/2017 Inclui referências : p.94-96 Resumo: O Decreto 5.163/2004 impõe às distribuidoras a contratação de 100% do seu mercado de energia e, no caso de descumprimento dessa regra, as mesmas são sujeitas a perdas financeiras decorrentes da exposição ao Mercado de Curto Prazo (MCP). Para que haja atendimento a essa obrigação, cada distribuidora deve adquirir energia por meio de leilões, sendo os mais comuns: Ajuste, A-1, A-3 e A-5, que possuem tempo de início de suprimento e duração de contratos diferenciados. Também, cada leilão possui limites de compra e de repasse 'a tarifa de energia, sendo que cada categoria de leilão negocia mais de um tipo de produto, com durações de contratos diferenciadas, o que acaba dificultando o planejamento estratégico de compra. Ainda, as distribuidoras precisam, a cada ano, discretizar suas cargas mensalmente, sendo esse processo denominado por sazonalização. Tal processo precisa ser bem executado, de forma que essa discretização mensal fique o mais próximo da curva de demanda para cada mês, visto que uma diferença positiva ou negativa entre a carga alocada mensalmente e a demanda realizada pode acarretar prejuízos financeiros para a distribuidora. Assim, para o desenvolvimento deste trabalho foi proposto um modelo de otimização linear que considerou uma estratégia de contratação com menor custo possível, considerando as diversas categorias de leilões, suas restrições e limitações de repasse de custos, tanto para um horizonte de curto como de longo prazo. No curto prazo considerou-se a contabilização de energia no MCP como mensal, englobandose à contratação o processo de sazonalização, já no longo prazo considerou-se a contabilização de energia em base anual. A partir desse modelo, foram realizados estudos de caso para o horizonte de 2010 a 2015, tomando valores reais praticados no mercado de energia, bem como as informações dos leilões ocorridos e seus produtos. Os resultados mostraram-se promissores, visto que o modelo devolve uma solução de menor custo, utilizando a sazonalização da carga. Foram realizadas comparações entre o modelo proposto e o que realiza a sazonalização somente após a decisão de compras e, para diferentes cenários de Preço de Liquidação das Diferenças (PLD), o modelo proposto se mostrou superior. Por fim, foi realizada uma análise sensibilidade para quantificar os riscos financeiros que a distribuidora está sujeita ao prever sua demanda erroneamente. Palavras-chave: Leilões de energia. Sazonalização. Contratação de energia elétrica. Otimização. Abstract: The Brazilian decree 5.163/2004 impose on electricity distribution companies to contract energy for one hundred percent of their energy markets. In case of noncompliance, they are subject to financial losses due to Shorth Term Market (MCP) exposure. In order to meet this obligation, each distributor must acquire energy through auctions, the most commons known as Adjust, A-1, A-3 and A-5. Every auction has distinct supply schedules and contracts duration, as well as purchase and tariff onlending limits. Moreover, each auction category trades more than one type of product, with differentiated contracts durations, which hinders the companies' strategic purchases planning. In addition, distributors must, each year, discretize their loads monthly, which is called seasonally. This process needs to be well executed, so that this monthly discretization is closer to the demand curve for each month, since a positive or negative difference between the monthly allocated load and the demand realized can cause financial losses to the distributor. Thus, for the development of this work, a linear optimization model was proposed that considered, a contracting strategy with the lowest possible cost was defined, considering the various categories of auctions, their constraints and cost onlending limitations, both for short-term and long-term horizons. In the short term, monthly energy power accounting was considered at the MCP, including the process of contracting, and the seasonalization. On the other hand, in the long term a yearly energy accounting was considered. The present work did not have the purpose of treating the very short term, where modulation of contracts takes place. From this model, case studies were carried out, for the horizon from 2010 to 2015. Real values practiced in the energy market were applied, as well as the information of the auctions and its products. The results were promising, since the model returned a lower cost solution even using the load seasonalization strategy. Comparisons were made between the proposed model and an alternative that performs the seasonalization only after the purchase decision. For different Settlement Price of Differences (PLD) scenarios the proposed model showed superior. Finally, a sensitivity analysis was performed to quantify the financial risks that the distributor is subject to when applying a wrong forecast of its energy needs. Key-words: Electric power auctions. Seasonalization. Electric power contracting. Optimization.