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ODIN: Metodologia para a Otimização do Despacho Interligado Nacional
Mônica Zambelli, André Toscano, Elma Pereira, Anibal Tavares,
Secundino Soares Filho e Donato da Silva Filho
Projeto Estratégico da ANEEL – Tema 1 Modelo de Otimização do Despacho Hidrotérmico
00:00
• SEB– Planejamento da operação baseado em modelo estocástico– Representação do sistema com agregação e linearização– Cenários hidrológicos segundo modelos PAR(p)
– Dificuldades em assegurar adequada segurança energética (Racionamento 2001) e sinalização econômica (Janeiro 2008)
– Critérios de segurança adicionais como CAR e POCP
– P&D Estratégico ANEEL – Tema 1• ODIN
– Abordagem alternativa para o planejamento da operação– Baseado em modelo de otimização determinístico – Representação individualizada e não linear– Cenário hidrológico mais provável– Modelo de previsão de vazões
Motivação
2
00:00
• Introdução• Metodologia
– Modelo de Controle Preditivo– Modelo de Avaliação Elétrica
• Estudo de Caso: PMO de Março de 2011– Resultados para o SIN, por Subsistema e por Usina
• Estudo de Caso de Avaliação Elétrica– Identificação das Violações– Factibilização da Solução
• Conclusões
Estrutura do Trabalho
00:00
• Planejamento da Operação– Objetivo: Minimizar o custo esperado de operação– Sujeito a:
• Atendimento da demanda por subsistema• Limites de geração termelétrica• Balanço hídrico dos reservatórios• Função de produção hidrelétrica não linear• Restrições operativas hidráulicas• Limites de intercâmbio entre subsistemas
Introdução
• Desafios• Horizonte de longo prazo• Forte acoplamento hidráulico• Dinâmico• Não linear• Estocástico
00:00
Metodologia
Simulação
PrevisãoOtimização
– Não linear– Determinística – Usinas individualizadas– Produtividade e
engolimento máximo variáveis com a queda
– Modelos não lineares de previsão de vazões
– Redes neurais nebulosas– Cenário mais provável
– Usinas individualizadas – Balanço hídrico e restrições operativas hidráulicas– Cenários: vazões afluentes históricas ou sintéticas
Otimização do
Despacho
Interligado
Nacional
00:00
• Política de operação baseada em controle por realimentação em malha aberta
• Incerteza das vazões tratada de forma implícita através de modelos de previsão de vazões
• Atualização do armazenamento, da previsão, e da decisão a cada estágio da simulação
Modelo de Controle Preditivo
xt
Política operativa determinística
xt-1
yt-k...t-1
xt-1
Decisão: qt
Otimizador
Previsão: ...ˆt t Ty
Simulador(Balanço hídrico)
Controle Preditivo
Previsor
yt
y1..N
t-1 ← t
x: armazenamento y: vazão afluente
q: vazão turbinada
00:00
• Dado um despacho de geração obter os fluxos na rede de transmissão
• Modelo de Fluxo de Potência Ótimo em Corrente Contínua (FPO-CC)
• Gerenciamento de Dados– Banco de dados EletroData
• Visualização da rede de transmissão
• Análise gráfica de resultados
Modelo de Avaliação Elétrica
00:00
• Simulação – Estudo de Caso PMO Março/2011– 157 usinas hidrelétricas; 144 usinas termelétricas
• Deck NEWAVE: NW201103– Horizonte de planejamento 03/2011 a 12/2015– 1 Patamar de Carga– 75 Séries Históricas (1931 a 2009)
– ODIN :» Previsor de vazões: 95% MLT» Modelo de otimização: fluxo em redes» Heurística para intercâmbio limitado
Estudo de Caso Programa Mensal da Operação
00:00
Base de Dados
Avaliação elétrica
Estudo Newave/Suishi-O
Estudo ODIN
00:00
Custo(Bilhões R$)
Geração Hidrelétrica(MWmédio)
EArm Final(MWmês)
NW-SUISHI 29,171 51.082,0 98.409,6ODIN 26,895 51.408,0 145.562,5ODIN/NW-S -7,8% 0,6% 47,9%
Resultados para o SIN
Tabela I. Resultados Estatísticos Gerais das Simulações.
Resultados Estatísticos Gerais das Simulações (75 séries)
-5.000
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
40.000
45.000
1931
1936
1941
1946
1951
1956
1961
1966
1971
1976
1981
1986
1991
1996
2001
Cus
to d
e O
per
ação
[M
ilhõ
es d
e R
eais
]
Distribuição de Custos (NW-Suishi - ODIN)
NW/SUISHI – ODIN Operação mais econômica
na maioria dos cenários
00:00
Resultados para o SIN
Tabela I. Resultados Estatísticos Gerais das Simulações.
NW-SUISHI ODIN
12/1506/1512/1406/1412/1306/1312/1206/1212/1106/11
Cus
to T
otal
de
Ope
raçã
o [R
$]
16e8
14e8
12e8
10e8
80e7
60e7
40e7
20e7
NW-SUISHI ODIN
12/1506/1512/1406/1412/1306/1312/1206/1212/1106/11
Ene
rgia
[MW
méd
io]
240000
220000
200000
180000
160000
140000
120000
100000
80000
EArm superior ao longo de todo o periodo de planejamento
Despacho antecipado de térmicas para evitar picos de
custo e deficit
00:00
Resultados por Subsistema
SE/CO(R$/MWh)
S(R$/MWh)
NE(R$/MWh)
N(R$/MWh)
NW-SUISHI 160,74 158,56 100,99 134,22ODIN 128,18 128,24 126,08 127,27
Tabela II. Valor esperado do custo marginal da operação por subsistema
SE/CO(R$/MWh)
S(R$/MWh)
NE(R$/MWh)
N(R$/MWh)
NW-SUISHI 74,67 73,71 25,61 69,08ODIN 35,14 35,05 33,34 35,07
Tabela III. Desvio padrão do custo marginal da operação por subsistema
Valor esperado do custo marginal da operação
Desvio padrão do custo marginal da operação
00:00
Resultados por SubsistemaTabela II. Valor esperado do custo marginal da operação por subsistemaTabela III. Desvio padrão do custo marginal da operação por subsistema
SE/CO(%)
S(%)
NE(%)
N(%)
NW-SUISHI 41,50 50,40 11,20 20,70ODIN 53,20 73,90 36,00 59,50
Tabela IV. Energia armazenada final média por subsistema
Energia armazenada final média por subsistema
NW-SUISHI ODIN
12/1506/1512/1406/1412/1306/1312/1206/1212/1106/11
Ener
gia
Arm
azen
ada
[%]
80
70
60
50
40
30
20
10
NW-SUISHI ODIN
12/1506/1512/1406/1412/1306/1312/1206/1212/1106/11
Ener
gia
Arm
azen
ada
[%]
100
90
80
70
60
50
40
30
Earm NE Earm S
00:00
Armazenamento - UHE Emborcação
NW-SUISHI ODIN Max.
12/1506/1512/1406/1412/1306/1312/1206/1212/1106/11
Vol
ume
Útil
[%]
100
90
80
70
60
50
40
30
Resultados por UsinaArmazenamento - UHE Foz do Areia
NW-SUISHI ODIN Max.
12/1506/1512/1406/1412/1306/1312/1206/1212/1106/11
Vol
ume
Útil
[%]
100
90
80
70
60
50
40
30
Armazenamento - UHE SERRA MESA
NW-SUISHI ODIN Max.
12/1506/1512/1406/1412/1306/1312/1206/1212/1106/11
Vol
ume
Útil
[%]
100
90
80
70
60
50
Armazenamento - UHE SOBRADINHO
NW-SUISHI ODIN Max.
12/1506/1512/1406/1412/1306/1312/1206/1212/1106/11
Vol
ume
Útil
[%]
100
80
60
40
20
00:00
• Minimizar desvio quadrático em relação ao despacho p* do ODIN em cada estágio e cenário hidrológico
)()()( ** ppWpppMin t
Avaliação ElétricaNúmero de Violações por Cenário
• Dados de rede elétrica do SIN para março de 2011• Barras: 4515• Ramos: 6276
• Média de 31 ramos violados• Cenário com mais violações
(1943) será analisado
dpAfas ..0LXf
00:00
• Ramos mais violados pertencem a interligação “Norte-Sul”
Estudo de Caso I: Identificaçao das Violações
Ramos Origem Destino Fluxo(MW)
Violação(MW)
1 7203 7200 1.602,12 303,122 7100 7104 1.602,12 303,123 7200 7209 1.657,81 213,814 7105 7100 1.657,81 213,815 7113 7238 1.683,17 124,176 3965 3964 254,35 84,357 7101 7100 1.382,77 83,778 7111 7110 417,09 67,099 543 542 364,12 64,12
10 226 168 322,77 46,77
Tabela V. Os dez ramos com maiores violações.
Gurupi-500
Miracem-500
Gur-Mir3-500
Gur-Mir-500
Peixe-2-500
Gur-Pei-500
Sma-Gur-500
Mir-Gur2-500
Mir-Gur-500
00:00
• FPO-CC considerando restrições
Estudo de Caso IIFactibilização da Solução
maxmin fff UHE Nome EC I EC II Diferença
(MW) (MW) (MW)1 Cana Brava 254,35 170,00 84,352 Peixe Angical 417,09 350,00 67,093 Lajeado 830,06 802,18 27,884 Estreito 989,36 965,09 24,275 Tucuruí 6370,43 6189,55 180,886 Boa Esperança 190,15 138,99 51,167 Sobradinho 820,19 795,55 24,648 Itaparica 1301,00 1256,44 45,469 Moxotó 263,88 219,16 44,72
10 P.Afonso 123 1033,71 832,33 201,3811 P.Afonso 4 2288,12 2265,75 22,3712 Xingó 2926,30 2904,11 22,1913 Cach.Dourada 154,22 174,61 -20,3914 Ilha Solteira 2664,48 2638,90 25,58
UTE Nome EC I EC II Diferença(MW) (MW) (MW)
1 Nova Pirat 0,18 6,60 -6,422 Norteflu-1 399,95 406,06 -6,113 TermoPE 348,82 303,90 44,924 T. Norte 2 0,18 9,46 -9,28
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• Nova abordagem para o planejamento da operação energética do SIN: Modelo ODIN
• Comparação: ODIN x NEWAVE/SUISHI-O• Mais eficiente
– Maior produtividade– Maior geração hidrelétrica (+326MW/Mês)
• Mais seguro– Maior energia armazenada (+48% final)– Menor risco e profundidade de déficit
• Mais econônico– Menor custo esperado da operação (-7,8%)– CMO menor e menos volátil
• Permite representação detalhada da rede elétrica– Percentual baixo de ramos violados (~ 0,5%) – Acarreta pequenas alterações no despacho de poucas usinas
Conclusões
00:00
• Melhoramentos no modelo ODIN: – modelo de previsão de vazões afluentes baseado em técnicas de
redes neurais nebulosas– modelo de otimização do despacho hidrotérmico baseado em
métodos de pontos interiores– ambiente de processamento paralelo para avaliação utilizando
séries sintéticas
• Considerar restrições de segurança e perdas de transmissão no fluxo de potência
Trabalhos em Andamento
00:00
• Modelo de fluxo em redes– Baixo tempo computacional– Garantia de convergência
Modelo Matemático do FPO-CC
1a. Lei de Kirchhoff
2a. Lei de Kirchhoff
Limites operacionais na geração e no fluxo de potência
Funções quadráticas separáveis da geração e do fluxo de potência
dEpAf
LXf
maxmin ppp maxmin fff
)()( 21 pfMin
00:00
Intercâmbio N->S Limitado
• Março/2011:• Norte+NE Exportador• Sul+SE/CO Importador
Norte
Importação Exportação
12/1506/1512/1406/1412/1306/1312/1206/1212/1106/11
Ener
gia
[MW
]
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
Sul
Importação Exportação
12/1506/1512/1406/1412/1306/1312/1206/1212/1106/11
Ener
gia
[MW
]
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
00:00
Região das UHEs alteradas
Fonte: Sistema de Informações Geográficas Cadastrais do SIN - SINDAThttp://www.ons.org.br/conheca_sistema/dados_tecnicos.aspx
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Mercado médio NW-SUISHI ODIN
12/1506/1512/1406/1412/1306/1312/1206/1212/1106/11
Ger
ação
Hid
relé
tric
a [M
W m
édio
] 75000
70000
65000
60000
55000
50000
45000
