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Type: Tese
Title: Programação dinâmica dual inteira estocástica: análise conceitual, avanço metodológico e aplicação ao problema de planejamento energético
Author: Santos, Lílian Chaves Brandão dos
First Advisor: Dias, Bruno Henriques
Referee Member: Sagastizábal, Claudia Alejandra
Referee Member: Finardi, Erlon Cristian
Referee Member: Marcato, André Luis Marques
Referee Member: Oliveira, Leonardo Willer de
Referee Member: Silva, Danielle de Freitas da
Resumo: O planejamento da operação hidrotérmica de médio prazo requer a tomada de decisões sob incerteza, considerando restrições operativas, elétricas, ambientais e regulatórias. Em aplicações reais, muitas dessas restrições possuem natureza condicional, exigindo a introdução de variáveis inteiras nos modelos de otimização. Entretanto, a presença dessas variáveis aumenta significativamente a complexidade dos problemas estocásticos multiestágio e impõe desafios à aplicação dos métodos clássicos de decomposição. Esta tese investiga os impactos da representação de restrições condicionais em problemas de planejamento hidrotérmico e propõe novas estratégias para sua resolução eficiente. Inicialmente, é realizada uma análise teórica da estrutura dual dos subproblemas utilizados no método de Programação Dinâmica Dual Inteira Estocástica, identificando propriedades relevantes para a construção de aproximações da função de recurso. Com base nesses resultados, propõe-se uma nova família de cortes de Lagrange, denominada Tighter Lagrangian Cuts, bem como uma estratégia híbrida de decomposição que combina características dos cortes de Benders e dos cortes Lagrangianos. As metodologias propostas são avaliadas em estudos de caso representativos do planejamento da operação do sistema elétrico brasileiro. Os resultados demonstram que os Tighter Lagrangian Cuts produzem aproximações mais precisas da função de recurso e aceleram a convergência do processo iterativo. Adicionalmente, a estratégia híbrida mostrou-se capaz de combinar escalabilidade computacional e maior capacidade de representação das não convexidades associadas às variáveis inteiras. Os resultados obtidos evidenciam o potencial das técnicas desenvolvidas para ampliar a aplicabilidade dos métodos de decomposição em problemas estocásticos multiestágio com restrições condicionais, contribuindo para o avanço do estado da arte na área.
Abstract: Medium-term hydrothermal operation planning requires decision-making under uncertainty while accounting for operational, electrical, environmental, and regulatory constraints. In realworld applications, many of these constraints are conditional in nature, requiring the introduction of integer variables into optimization models. However, the presence of integer variables significantly increases the complexity of multistage stochastic optimization problems and poses major challenges to the application of classical decomposition methods. This thesis investigates the impacts of representing conditional constraints in hydrothermal planning problems and proposes new strategies for their efficient solution. First, a theoretical analysis of the dual structure of the subproblems arising in the Stochastic Dual Dynamic Integer Programming (SDDiP) framework is conducted, identifying properties that are relevant to the construction of cost-to-go function approximations. Based on these findings, a new family of Lagrangian cuts, termed Tighter Lagrangian Cuts, is proposed, together with a hybrid decomposition strategy that combines features of both Benders cuts and Lagrangian cuts. The proposed methodologies are evaluated through case studies representative of the Brazilian power system operation planning problem. The results show that Tighter Lagrangian Cuts provide more accurate approximations of the cost-to-go function and accelerate the convergence of the iterative solution process. Furthermore, the hybrid strategy proved capable of combining computational scalability with an enhanced ability to represent the nonconvexities associated with integer variables. Overall, the proposed techniques expand the applicability of decomposition methods to multistage stochastic problems with conditional constraints and contribute to advancing the state of the art in the field.
Keywords: Planejamento energético
Otimização estocástica
Programação linear inteira mista
Programação dinâmica dual inteira estocástica
Cortes de lagrange
Energy planning
Stochastic optimization
Mixed-integer linear programming
Stochastic dual dynamic integer programming
Lagrangian cuts
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-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/21368
Issue Date: 27-Aug-2026
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Elétrica (Teses)



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