Modelagem como recurso despachável¶
Por ser uma fonte sem custo, a usina eólica tende a aproveitar todo o recurso de vento disponível para geração. Entretanto, em situações em que há excesso de oferta de geração em determinado ponto do sistema, pode ser necessário dispensar (“cortar”) parte de sua geração, em um ou mais patamares de carga de determinado período (nos modelos NEWAVE e DECOMP), ou em algum período horário ou patamar cronológico, como é o caso do DESSEM.
O excesso de oferta pode ocorrer nos modelos pelo efeito combinado de:
excesso de afluências naturais aos reservatórios e que não têm como ser armazenadas e necessitam ser turbinadas ou vertidas;
inflexibilidades (gerações mínimas) de usinas térmicas ou outras fontes;
defluências obrigatórias de usinas hidrelétricas devido a restrições operativas;
excesso de geração eólica.
A representação de unidades de armazenamento integradas às usinas eólicas, que é uma funcionalidade já existente no modelo DESSEM, pode reduzir consideravelmenete o corte de geração eólica em situações de excesso de oferta. Entretanto, esse corte pode ainda ser necessário devido a eventuais incompatibilidades entre as disponibilidades horárias de geração das usinas eólicas e o status de geração de outros geradores, cuja combinação pode comprometer os limites de fluxo em algumas linhas ou alguma restrição de segurança elétrica do sistema. Além disso, o corte na geração eólica pode até mesmo ser vantajoso por motivos econômicos, se aliviar o fluxo em algumas linhas da rede e, com isso viabilizar o acionamento de alguma unidade térmica mais barata em substituição a uma mais cara, que estivesse acionada devido às restrições de Unit Commitment Térmico (UCT). Estudos referentes a essas questões com o modelo DESSEM são mostrados em 1.
Inequação de geração eólica¶
Pelos motivos apontados acima, a usina eólica pode ser representada nos modelos como uma fonte interruptível de energia (usinas eólicas “constrained-off’), que é uma opção do usuário, para cada usina. Neste tipo de modelagem, o valor de geração disponível \(\tilde{geol}_i^{t,p,s}\) para cada usina eólica \(i\), período \(t\), patamar \(p\) e cenário \(s\) (quando aplicáveis), que é informado diretamente aos modelos ou obtido a partir do cenário de vento, através da Função de Produção Vento x Potência (FPV), deve ser considerado explicitamente no problema de otimização como um limite superior \(\overline{geol_i^{t,p,s}}\) para a geração dessas fontes. Assim, o modelo pode decidir despachar qualquer valor entre zero e esse montante de geração, conforme mostra a expressão a seguir:
\(geol_i^{t,p,s} \leq \overline{geol_i^{t,p,s}} = \tilde{geol}_i^{t,p,s}\)
onde \(geol_i^{t,p,s}\) é a geração da usina eólica \(i\), no período \(t\) e patamar de carga/cenário \(p\) e \(s\) (quando aplicáveis).
Ressalta-se novamente que, como o custo da geração eólica é nulo, o modelo irá procurar gerar o máximo possível desta fonte, que corresponde ao valor de geração disponível no respectivo período ou patamar de carga.
É importante lembrar que, em caso de excesso de oferta, a preferência por um vertimento em usina hidrelétrica (ao invés de turbinamento) ou pelo corte de geração eólica será feita com base em “micro penalidades” empregadas no problema de otimização, cuja calibração deve ser feita com base em preferências acordadas com as instituições que utilizam os modelos.
Contribuição para o atendimento à demanda¶
A geração das usinas eólicas são consideradas no problema de otimização como uma injeção de potência no submercado (para os estudos/modelos onde a transmissão é representada apenas por intercâmbios) ou barra (para estudos/modelos com rede elétrica detalhada) onde a usina pertence. Portanto, a geração eólica participa das seguintes restrições de atendimento à demanda:
Balanço de carga por submercado, para o submercado ao qual a usina pertence;
balanço de carga por barra, para a barra da rede elétrica a qual a usina está conectada.
Estas injeções devem também são considerados, no caso específico do modelo DESSEM, nas seguintes restrições:
nos cálculos dos fluxos nas linhas da rede elétrica;
expressões referentes às restrições elétricas especiais (RE), que no modelo DESSEM já contemplam também as usinas eólicas.
Detalhes da modelagem das usinas eólicas no problema de otimização podem ser consultados em 1 , 2.
Dados de Entrada: Formato Libs¶
Os dados de geração do parque eólico equivalente ao longo do horizonte de estudo já podem ser informados como dado de entrada no formato Libs, de acordo com os CARDs seguintes.
Funcionalidade: PARQUE-EOLICO-EQUIVALENTE-GERACAO¶
Uma vez fornecida a curva de produção vento x potência ou diretamente a geração eólica para cada periodo, pode-se fazer um refinamento da geração por patamar de carga, através do fornecimento da profundidade da geração eólica (p.u.) em cada patamar.
Card: PEE-GER-PROF-PER-PAT¶
Campos |
Obrigatorio |
Anulável |
Descrição |
|---|---|---|---|
PEE-GER-PROF-PER-PAT |
Sim |
Não |
Identificador referente ao card |
Código do parque eólico equivalente |
Sim |
Não |
Identificador único do parque eólico equivalente |
Código Período |
Sim |
Não |
Período inicial de validade do dado |
Código Período |
Não |
Sim |
Período final de validade do dado |
Patamar |
Sim |
Não |
Índice do patamar de carga no período |
Profundidade |
Não |
Não |
Profundidade da geração eólica no patamar de carga |
Campos |
Tipo |
Unidade |
Mínimo |
Máximo |
Padrão |
|---|---|---|---|---|---|
Código do parque eólico equivalente |
inteiro |
1 |
|||
Código Período |
inteiro |
1 |
|||
Código Período |
inteiro |
1 |
NA |
||
Patamar |
inteiro |
1 |
5 |
||
Profundidade |
real |
p.u. |
0 |
1 |
&**************************************************
& Descrição colunas:
&**************************************************
& ID: Identificador do card
& CodPEE : Identificador único do parque eólico equivalente
& PerIni : Período inicial de validade do dado
& PerFin : Período final de validade do dado
& Pat : Índice do patamar de carga no período
& PROFUNDIDADE : Profundidade da geração eólica no patamar de carga
&********************;*********;*******;*******;******;************
& ;CodPEE ;PerIni ;PerFin ;Pat ;PROFUNDIDADE
&- ; ; ; ; ;p.u.
&SSSSSSSSSSSSSSSSSSSS;IIIIIIIII;IIIIIII;IIIIIII;IIIIII;FFFFFFFFFFFF
PEE-GER-PROF-PER-PAT; 1; 1; 1; 1; 1.0
Funcionalidade: PARQUE-EOLICO-EQUIVALENTE-GERACAO-ESTOCASTICO¶
Essa funcionalidade permite ao usuário informar as gerações de uma usina eólica para cada um dos cenários do horizonte de estudo, em uma abordagem estocática para o problema de coordenação hidrotermo-eólica em que as gerações são fornecidas de forma explícita.
Card: PEE-GER-PER-PAT-CEN¶
Campos |
Obrigatorio |
Anulável |
Descrição |
|---|---|---|---|
PEE-GER-PER-PAT-CEN |
Sim |
Não |
Identificador referente ao card |
Código do parque eólico equivalente |
Sim |
Não |
Identificador único do parque eólico equivalente |
Código Período |
Sim |
Não |
Período inicial de validade do dado |
Código Período |
Não |
Sim |
Período final de validade do dado |
Patamar |
Sim |
Não |
Índice do patamar de carga no período |
Índice do Cenário |
Sim |
Não |
Índice do Cenário |
Geração eólica |
Sim |
Não |
Valor de geração eólica |
Campos |
Tipo |
Unidade |
Mínimo |
Máximo |
Padrão |
|---|---|---|---|---|---|
Código do parque eólico equivalente |
inteiro |
1 |
|||
Código Período |
inteiro |
1 |
|||
Código Período |
inteiro |
1 |
NA |
||
Patamar |
inteiro |
1 |
5 |
||
Índice do Cenário |
inteiro |
1 |
999 |
||
Geração eólica |
real |
MW |
0 |
&**************************************************
& Descrição colunas:
&**************************************************
& ID: Identificador do card
& CodPEE : Identificador único do parque eólico equivalente
& PerIni : Período inicial de validade do dado
& PerFin : Período final de validade do dado
& Pat : Índice do patamar de carga no período
& Cenario : Índice do Cenário
& GerEolica : Valor de geração eólica
&*******************;*********;*******;*******;******;*******;***************
& ;CodPEE ;PerIni ;PerFin ;Pat ;Cenario;GerEolica
&- ; ; ; ; ; ;MW
&SSSSSSSSSSSSSSSSSSS;IIIIIIIII;IIIIIII;IIIIIII;IIIIII;IIIIIII;FFFFFFFFFFFFFFF
PEE-GER-PER-PAT-CEN; 1; 1; 1; 1; 1; 1.0
Arquivos de Saída: Formato Libs¶
Os arquivos de saída disponíveis atualemente impressos no formato Libs estão descritos a seguir.
Existem três tipos de arquivos de saída nas Libs:
arquivos Eco: mostram um “eco” da entrada de dados;
arquivos Oper: referentes aos dados resultantes da operação do modelo;
arquivos Processa: referentes aos dados calculados no processamento do modelo.
Arquivos de Eco¶
eco_eolica_geracao_profundidade.csv¶
O arquivo contém os dados relativos a profundidade da geração de cada usina eólica.
Campos |
Descrição |
|---|---|
Código da usina eólica |
Identificador único da usina eólica |
Nome eólica |
Nome da usina eólica |
Código Período |
Período inicial de validade do dado |
Patamar |
Índice do patamar de carga no período |
Profundidade |
Profundidade da geração eólica no patamar de carga |
Campos |
Tipo |
Unidade |
Mínimo |
Máximo |
|---|---|---|---|---|
Código da usina eólica |
inteiro |
1 |
||
Nome eólica |
texto |
|||
Código Período |
inteiro |
1 |
||
Patamar |
inteiro |
1 |
5 |
|
Profundidade |
real |
p.u. |
0 |
&**************************************************
& Descrição colunas:
&**************************************************
& ID: Identificador do arquivoSaida
& CodEolica : Identificador único da usina eólica
& NomeEolica : Nome da usina eólica
& PerIni : Período inicial de validade do dado
& Pat : Índice do patamar de carga no período
& PROFUNDIDADE : Profundidade da geração eólica no patamar de carga
&*********;**************************************************;*******;******;************;
&CodEolica;NomeEolica ;PerIni ;Pat ;PROFUNDIDADE;
& ; ; ; ;p.u. ;
&IIIIIIIII;SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS;IIIIIII;IIIIII;FFFFFFFFFFFF;
1;Texto ; 1; 1; 1.0;
eco_parque_eolico_equivalente _geracao_profundidade.csv¶
O arquivo contém os dados relativos a profundidade da geração de cada parque eólico.
Campos |
Descrição |
|---|---|
Código do parque eólico equivalente |
Identificador único do parque eólico equivalente |
Nome parque eólico |
Nome do parque eólico equivalente |
Código Período |
Código do Intervalo de tempo na discretização temporal adotada |
Patamar |
Índice do patamar de carga no período |
Profundidade |
Profundidade da geração eólica no patamar de carga |
Campos |
Tipo |
Unidade |
Mínimo |
Máximo |
|---|---|---|---|---|
Código do parque eólico equivalente |
inteiro |
1 |
||
Nome parque eólico |
texto |
|||
Código Período |
inteiro |
1 |
||
Patamar |
inteiro |
1 |
5 |
|
Profundidade |
real |
p.u. |
0 |
&**************************************************
& Descrição colunas:
&**************************************************
& ID: Identificador do arquivoSaida
& CodPEE : Identificador único do parque eólico equivalente
& NomePEE : Nome do parque eólico equivalente
& Periodo : Código do Intervalo de tempo na discretização temporal adotada
& Pat : Índice do patamar de carga no período
& PROFUNDIDADE : Profundidade da geração eólica no patamar de carga
&*********;**************************************************;*******;******;************;
&CodPEE ;NomePEE ;Periodo;Pat ;PROFUNDIDADE;
& ; ; ; ;p.u. ;
&IIIIIIIII;SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS;IIIIIII;IIIIII;FFFFFFFFFFFF;
1;Texto ; 1; 1; 1.0;
Arquivos de Oper¶
oper_eolica.csv¶
O arquivo mostra os dados de operação relativos a cada usina eólica no caso.
Campos |
Descrição |
|---|---|
Código da usina eólica |
Identificador único da usina eólica |
Nome eólica |
Nome da usina eólica |
Código Período |
Código do Intervalo de tempo na discretização temporal adotada |
Índice do Cenário |
Índice do Cenário |
Patamar |
Índice do patamar de carga no período |
Geração Eólica |
Geração eólica operada |
Produção Eólica |
Produção eólica prevista |
Campos |
Tipo |
Unidade |
Mínimo |
Máximo |
|---|---|---|---|---|
Código da usina eólica |
inteiro |
1 |
||
Nome eólica |
texto |
|||
Código Período |
inteiro |
1 |
||
Índice do Cenário |
inteiro |
1 |
999 |
|
Patamar |
inteiro |
1 |
5 |
|
Geração Eólica |
real |
MW |
0 |
|
Produção Eólica |
real |
MW |
0 |
&**************************************************
& Descrição colunas:
&**************************************************
& ID: Identificador do arquivoSaida
& CodEolica : Identificador único da usina eólica
& NomeEolica : Nome da usina eólica
& Periodo : Código do Intervalo de tempo na discretização temporal adotada
& Cenario : Índice do Cenário
& Pat : Índice do patamar de carga no período
& GerEolOp : Geração eólica operada
& ProdEolPrev : Produção eólica prevista
&*********;**************************************************;*******;*******;******;***************;***************;
&CodEolica;NomeEolica ;Periodo;Cenario;Pat ;GerEolOp ;ProdEolPrev ;
& ; ; ; ; ;MW ;MW ;
&IIIIIIIII;SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS;IIIIIII;IIIIIII;IIIIII;FFFFFFFFFFFFFFF;FFFFFFFFFFFFFFF;
1;Texto ; 1; 1; 1; 1.0; 1.0;
oper_parque_eolico.csv¶
O arquivo mostra o resultado da operação dos parques eólicos equivalentes.
Campos |
Descrição |
|---|---|
Código do parque eólico equivalente |
Identificador único do parque eólico equivalente |
Nome parque eólico |
Nome do parque eólico equivalente |
Código Período |
Código do Intervalo de tempo na discretização temporal adotada |
Índice do Cenário |
Índice do Cenário |
Patamar |
Índice do patamar de carga no período |
Geração Eólica |
Geração eólica operada |
Produção Eólica |
Produção eólica prevista |
Campos |
Tipo |
Unidade |
Mínimo |
Máximo |
|---|---|---|---|---|
Código do parque eólico equivalente |
inteiro |
1 |
||
Nome parque eólico |
texto |
|||
Código Período |
inteiro |
1 |
||
Índice do Cenário |
inteiro |
1 |
999 |
|
Patamar |
inteiro |
1 |
5 |
|
Geração Eólica |
real |
MW |
0 |
|
Produção Eólica |
real |
MW |
0 |
&**************************************************
& Descrição colunas:
&**************************************************
& ID: Identificador do arquivoSaida
& CodPEE : Identificador único do parque eólico equivalente
& NomePEE : Nome do parque eólico equivalente
& Periodo : Código do Intervalo de tempo na discretização temporal adotada
& Cenario : Índice do Cenário
& Pat : Índice do patamar de carga no período
& GerEolOp : Geração eólica operada
& ProdEolPrev : Produção eólica prevista
&*********;**************************************************;*******;*******;******;***************;***************;
&CodPEE ;NomePEE ;Periodo;Cenario;Pat ;GerEolOp ;ProdEolPrev ;
& ; ; ; ; ;MW ;MW ;
&IIIIIIIII;SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS;IIIIIII;IIIIIII;IIIIII;FFFFFFFFFFFFFFF;FFFFFFFFFFFFFFF;
1;Texto ; 1; 1; 1; 1.0; 1.0;
Referências
- 1(1,2)
Cotia B. P., C. L. T Borges, and A. L. Diniz. Optimization of wind power generation to minimize operation costs in the daily scheduling of hydrothermal systems. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 113:539–548, 2019. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142061519301024, doi:https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2019.05.071.
- 2
A. C. G. Melo, M. E. P. Maceira, J. F. M. Pessanha, C. B. Cruz, V. A. Almeida, and T. C. Justino. Uma metodologia para a representação das incertezas da geração eólica no planejamento da operação de longo e médio prazos. In XXVI SNPTEE - Seminário Nacional de Produção e Transmissão de Energia Elétrica. Rio de Janeiro, Brazil, 2022.
Notas .. [#fn_ValidacaoVentosNEWAVE] Esta funcionalidade ainda não foi objeto de validação pela CPAMP, FT-NEWAVE e FT-DECOMP para uso oficial.