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Type: Tese
Title: Integração da decomposição de Benders em dois estágios e programação dinâmica dual para o planejamento hidrotérmico-eólico-solar com funções de custo intra-estágio
Author: Araújo Júnior, Carlos Alberto de
First Advisor: Dias, Bruno Henriques
Co-Advisor: Lima, André Luiz Diniz Souto
Referee Member: Finardi, Erlon Cristian
Referee Member: Dotta, Daniel
Referee Member: Marcato, André Luis Marques
Referee Member: Passos Filho, João Alberto
Referee Member: Penna, Débora Dias Jardim
Resumo: A geração de energia renovável, eólica e solar, no Brasil vem apresentando um forte crescimento nos últimos anos. Embora represente um avanço essencial para a construção de uma matriz elétrica mais sustentável e diversificada, impõe novos desafios relevantes ao planejamento da operação do sistema elétrico. Isso ocorre porque a variabilidade intrínseca dessas fontes, sujeitas a oscilações horárias, tem tornado progressivamente inadequada a sua representação simplificada em modelos de planejamento da operação de médio e longo prazo, baseados em baixa granularidade temporal. Para enfrentar esse desafio, Funções de Custo Intra-Estágio (FCIE) têm sido propostas na literatura como forma de incorporar os efeitos de curto prazo no planejamento de médio e longo prazo, sem a necessidade de discretizar explicitamente os estágios em etapas horárias. Entretanto, tais funções são construídas a priori, antes da resolução da Programação Dinâmica Dual (PDD), o que resulta em um número proibitivo de subproblemas em sistemas de grande porte, como é o caso brasileiro. Neste contexto, este trabalho propõe uma formulação integrada que combina a decomposição de Benders em dois estágios e a PDD, permitindo a construção iterativa e sob demanda das FCIE ao longo do processo de resolução da PDD, considerando a função de produção hidrelétrica e a representação de múltiplos subsistemas interligados. Essa integração permite resolver, de forma seletiva, apenas os subproblemas necessários em cada estágio, considerando aspectos horários, como a curva de carga e a intermitência da geração eólica e solar. Como resultado, obtêm-se funções FCIE mais consistentes e adaptadas ao problema da PDD que está sendo resolvido, superando as limitações das abordagens anteriores baseadas em pré-processamento. A metodologia é validada em casos ilustrativos, desenvolvidos para isolar e evidenciar o efeito da proposta, em um caso de grande escala, baseado em dados do sistema elétrico brasileiro, e em uma simulação de curto prazo, acoplada à Função de Custo Futuro gerada, demonstrando ganhos de realismo e eficiência na formulação das políticas de médio e longo prazo.
Abstract: The generation of renewable energy from wind and solar in Brazil has grown significantly in recent years. Although this represents an essential step toward a more sustainable and diversified electricity matrix, it also poses new and relevant challenges for power system operation planning. This is because the intrinsic variability of these sources, subject to hourly fluctuations, has progressively rendered the simplified medium- and long-term representations, based on low temporal granularity, inadequate. To address this challenge, Intra-Stage Cost Functions (FCIE) have been proposed in the literature as a means to incorporate short-term effects into medium- and long-term planning without explicitly discretizing stages into hourly intervals. However, these functions are traditionally constructed a priori, before solving the Dual Dynamic Programming (DDP), resulting in a prohibitive number of subproblems for large-scale systems, such as the Brazilian system. In this context, this work proposes an integrated formulation that combines two-stage Benders decomposition and DDP, enabling the iterative and on-demand construction of FCIE throughout the DDP solution process, while accounting for the hydropower production function and the representation of multiple interconnected subsystems. This integration allows selective solution of only the necessary subproblems at each stage, considering hourly aspects such as load profiles and the intermittency of wind and solar generation. As a result, FCIEs that are more consistent and tailored to the DDP problem being solved are obtained, thereby overcoming the limitations of previous preprocessing-based approaches. The proposed methodology is validated through illustrative cases, designed to isolate and highlight the effect of the approach, through a large-scale case based on data from the Brazilian power system and a short-term simulation coupled with the generated Future Cost Function, demonstrating gains in realism and efficiency in the formulation of medium and long-term operation policies.
Keywords: Planejamento da operação de sistemas hidrotérmico-eólico-solar
Energias renováveis
Programação dinâmica dual
Decomposição de Benders
Função de custo intraestágio
Hydrothermal-wind-solar power scheduling
Renewable energy
Dual dynamic programming
Benders decomposition
Intra-stage cost function
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: Faculdade de Engenharia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Access Type: Acesso Aberto
Attribution-ShareAlike 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/20627
Issue Date: 3-Mar-2026
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Elétrica (Teses)



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