Esta suíte de ferramentas é adaptada para a representação sob incerteza de sistemas energéticos integrados – envolvendo múltiplas tecnologias de geração e levando em consideração a disponibilidade de recursos renováveis, disponibilidade de combustíveis, e restrições de transporte em linhas de transmissão e gasodutos. Os diversos modelos utilizam técnicas de otimização estocástica são utilizadas para resolver problemas de operação e planejamento.

NetPlan – Modelo para a planificação da expansão da transmissão

NetPlan é um ambiente computacional integrado para planejamento da expansão e análise de redes de transmissão que inclui:

  • ferramentas de gerência de dados (edição de dados e importação de dados externos)
  • recursos para gerência do estudo (verificação de coerência de dados e cronologia)
  • recursos para visualização da configuração da rede e resultados do estudo (diagramas esquemáticos, fluxos de circuitos, indicadores de sobrecarga, custo do plano de expansão, custos marginais nodais, diagramas de contorno do carregamento da rede)
  • interface gráfica que permite interação com seus diferentes módulos

Os seguintes módulos de planificação estão disponíveis no ambiente NetPlan:

  • OptNet, para planejamento da expansão da rede de transmissão de alta tensão
  • PSRFlow, para análise de redes de transmissão CA e CC
  • OptFlow, para expansão dos recursos de potência reativa (VAr)
  • Tariff, para alocação de custos de transmissão entre geradores e cargas

Todos os módulos utilizam ferramentas de otimização especialmente desenhadas para resolver redes de grande porte.

Módulo OptNet: Planejamento da expansão da transmissão

Aspectos de modelagem

OptNet modela o problema de expansão da transmissão como um problema de programação inteira-mista com as seguintes características:

  • Representação do sistema de transmissão via modelo de fluxo de potência linearizado
  • Representação de cenários de despacho de geração produzidos pelo modelo SDDP para representar as incertezas na carga e na produção de geração dos recursos hídricos e renováveis
  • Representação de diferentes tipos de candidatos de expansão da transmissão: linhas de transmissão de CA, transformadores, capacitores em serie e elementos do sistema de transmissão de CC
  • Representação de restrições de projeto: conjuntos de projetos associados, conjuntos de projetos mutuamente exclusivos e restrições de precedência
  • O processo de expansão pode ser aplicado levando em consideração todos os circuitos em operação (caso base) como também contingências simples de circuito
  • Os resultados incluem o plano de expansão decidido pelo modelo e resultados operativos detalhados que podem ser mostrados graficamente no diagrama de rede e que podem também ser visualizados utilizando planilha Excel

Metodologia de solução

A função objetivo consiste em minimizar o custo de investimento em novos elementos de transmissão ao mesmo tempo que se garante a confiabilidade no fornecimento da demanda do sistema. A solução problema linear inteiro-misto é proporcionada utilizando as técnicas mais avançadas de otimização.

A metodologia combina um método heurístico, que fornece uma una solução viável, com um método de decomposição de Benders, que proporciona uma solução ótima quando alcança a convergência. Os cenários de despacho e as contingências se representam utilizando uma estratégia de expansão incremental, sendo o algoritmo adequado para estudos de planejamento da expansão de redes de grande porte e com alta penetração de geração renovável.

Módulo PSRFlow - Análise da rede de transmissão CA e CC

Aspectos de modelagem

  • Aplicações desenhadas para a análise de redes de transmissão
  • Inclui um fluxo de potência convencional CA e CC e análise de contingências
  • Integração com cenários de despacho de geração e demanda produzidos pelo modelo SDDP
  • As saídas incluem resultados operativos detalhados, que podem ser mostrados graficamente no diagrama de rede e podem também ser visualizados utilizando planilha Excel

Metodologia de solução

A aplicação de fluxo de potência resolve as equações de fluxo de potência mediante o uso de um método de Newton-Raphson convencional e o desacoplado rápido, para controles de CA e CC. O fluxo de potência linearizado também está disponível.

A análise de contingências processa uma lista de contingências com o objetivo de identificar violações na rede (fluxo nos circuitos, tensão nas barras, etc.).

Módulo OptFlow - Planejamento de compensação de potência reativa (VAr)

Aspectos de modelagem

O módulo OptFlow é a ferramenta computacional para o planejamento da expansão de potência reativa com as seguintes características:

  • Representação de diferentes cenários de geração e carga produzidos pelo modelo SDDP para capturar incertezas em fontes renováveis (hidráulica, eólica e solar)
  • Modelagem de balanço de potência ativa e reativa não linear em cada barra da rede elétrica (leis de Kirchhoff)
  • Modelagem de diferentes limites operativos da rede: tensão nas barras, fluxo de potência ativa e reativa nos circuitos, taps dos transformadores, shunts e compensador estático de reativo
  • Os resultados incluem o plano de expansão decidido pelo modelo e resultados operativos detalhados que podem ser mostrados graficamente no diagrama de rede e podem também ser visualizados utilizando uma planilha Excel

Metodologia de solução

A função objetivo considera a minimização do custo de investimento em novos equipos shunts mais o custo penalizado do desvio do despacho inicial de potência ativa, para cada cenário de despacho e demanda.

As variáveis de decisão incluem a geração de potência ativa e reativa das unidades geradoras, os ângulos de tensão das barras, os taps e ângulos de desfasamento dos transformadores e a susceptância dos capacitores/reatores.

A metodologia de solução consiste em aplicar um algoritmo de pontos interiores primal-dual robusto para cada cenário representado. A solução proporcionada pelo modelo garante uma operação que respeita os limites e restrições operativas para cada cenário de geração e demanda. A decisão de investimento em novos elementos de compensação de potência reativa somente é ativada uma vez que foram utilizados todos os controles de potência reativa disponíveis.

Módulo Tariff - Alocação dos custos de uso da rede de transmissão (em breve)

Aspectos de modelagem

O módulo Tariff é a ferramenta computacional desenhada para alocar os custos do uso da rede de transmissão entre seus usuários (produtores e consumidores). Para cumprir com tal finalidade, o módulo Tariff é capaz de:

  • Identificar como os produtores e consumidores utilizam a rede para
  • Alocar custos considerando uma ampla gama de cenários operativos, de forma que os cálculos de tarifas sejam aderentes à operação e planejamento do sistema elétrico real

O módulo Tariff é uma poderosa ferramenta para os agentes do sector elétrico:

  • Os planejadores e reguladores do sistema podem usá-lo para revelar os custos reais da expansão da transmissão e promover a alocação dos custos e a determinação das tarifas; ou pode ser usado como uma ferramenta de planejamento para avaliar diferentes metodologias de alocação de custos e selecionar as mais aderentes ao sistema elétrico
  • Geradores e consumidores que buscam prever tarifas e custos para o futuro

Metodologia de solução

O módulo Tariff modela três metodologias diferentes de alocação de custos de transmissão:

1. Nodal: utilizada por Brasil e pelo Reino Unido para assinar os custos de transmissão. Ela é baseada no impacto marginal que as injeções dos geradores e consumidores têm sobre o fluxo de potência nas instalações de transmissão

2. Fatores de Participação Média: comumente utilizada para assinar custos em problemas que envolvem infraestrutura de transporte. Desenha o caminho das injeções dos geradores e consumidores a través da rede

3. A metodologia Aumann-Shapley: é baseada no conceito de teoria de jogos, garante uma alocação justa de custos, modelando acesso a rede de transmissão como uma aliança na qual cada agente pode otimizar os custos com o transporte de energia

Algumas aplicações recentes

  • Desenho de alternativas para o desenvolvimento futuro do Sistema Nacional de Transmissão do Chile (horizonte 2019-2040). O Netplan foi utilizado para otimizar a expansão da rede de transmissão, considerando a inserção de novos recursos energéticos (eólicos e solares) e baterias
  • O Netplan foi utilizado para otimizar a expansão da rede do sistema brasileiro para o horizonte 2035, levando em consideração a grande entrada de novas fontes de energia renovável (eólica e solar)
  • Análise e propostas regulatórias de Serviços Ancilares para o sistema colombiano, considerando a inserção de novos recursos renováveis de energia e novas tecnologias em alta e baixa tensão. O Netplan foi utilizado para estudar a expansão do sistema de transmissão colombiano para o horizonte 2019-2040
  • Integração renovável de América do Sul. O Netplan foi utilizado para otimizar a expansão da transmissão (2017-2035) em nove países de América do Sul, participantes da comunidade andina (Chile, Colômbia, Equador e Peru), Cone Sul (Argentina, Brasil, Paraguai e Uruguai) e Bolívia
  • Planejamento da expansão da rede de transmissão WECC da costa oeste dos E.U.A. para um horizonte de 15 anos, cenários de despacho anual de ponta e 960 projetos candidatos
  • Análise e propostas regulatórias de mecanismos de alocação de custos de transmissão no Brasil. Tariff foi utilizado para simular o cálculo da tarifa de transmissão utilizando uma metodologia diferente com a finalidade de avaliar os impactos sobre as tarifas dos geradores representados pela Associação Brasileira de Energia Eólica (ABEEólica)