Métodos Baseados em FPO para Subsidiar Programas de Participação da Demanda. Prof. Antonio J.A. Simões Costa

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1 éoos Baseaos em FPO para Subsar Programas e Parcpação a Demana Prof. Anono J.A. Smões Cosa Grupo e Ssemas e Poênca Deparameno e Engenhara Elérca Unversae Feeral e Sana Caarna Brasl Inroução A complexae os ssemas e poênca auas e as fculaes para sua expansão mpõem melhor ulzação os recursos sponíves; Aveno os mercaos compevos: maores ncenvos para a parcpação os consumores; Crescene nfluênca a avaes pelo lao a emana nas ecsões operavas e Ssemas e Poênca.

2 Avaes pelo Lao a Demana Gerencameno pelo Lao a Demana (GLD): Avaes aoaas pela concessonára ou Operaor para alerar o parão e consumo os seus consumores [CIGRÉ]; Formas e Implemenação e GLD: Tarfação Dnâmca, Programas e Efcênca Energéca, Oferas e Reução e Demana, Gerencameno e Carga; Programas e Parcpação a Demana (PPD): Programas baseaos em ncenvos para movar consumores a emporaramene reuzr ou eslocar pare e sua emana em resposa à solcação a concessonára ou Operaor. Programas e Parcpação a Demana Ineração enre concessonára e seus consumores, com o objevo e conserar a Parcpação a Demana (PD) como pare as esraégas e operação; Consumores evem reuzr seu consumo no momeno e a forma solcaa pela concessonára, em conrapara a ncenvos econômcos; PD eve provocar varações nos parões e consumo (reução e pcos, preenchmeno e vales e eslocamenos e carga), para promover os efeos esejaos na curva e carga aena pelo ssema e poênca. 2

3 Efeossobrea Curvae Carga Deslocameno o consumo os períoos e pco e carga para períoos e menor emana Reução os pcos e emana oalaes e Parcpação a Demana em Ambenes e ercao Ambene e Tarfa Fxa/Horo-Sazonal (Tme-of-Use): Conraos e PD são esabelecos enre concessonára/operaor e consumores; Conraos evem especfcar benefícos para consumores parcpanes. Ambene e Preços Varáves e Energa (Spo Prce): Demana e granes consumores poe varar em função os preços horáros e energa; Concessonára/Operaor poem oferecer ncenvos para ober reuções e emana. 3

4 Implemenação e PPDs: Consumores com arfação horo-sazonal Consumores sponblzam reuções e pare e sua carga, a peo a concessonára; Conraos são esabelecos enre a concessonára e consumores parcpanes; A concessonára eermna one e quano a carga eve ser reuza, e acoro com a conção e operação e o nível e severae. Conraos e Parcpação a Demana Quanae e carga sponível para reução; Tempo para nofcação préva; Benefícos econômcos para os parcpanes; Conções e operação sob as quas reuções e carga poem ser solcaas; Frequênca máxma para as solcações a concessonára, ec. 4

5 Consumores que Responem a Preço: oelagem a Demana va Elascaes Elascae-preço: Relacona a emana num nervalo com o preço no mesmo nervalo. Elascae-preço cruzaa no empo: ε cr, ε Relacona a emana em um nervalo com o preço em ouro nervalo j. Δp = Δρ Δp P = Δρ ρ ( ) P o ( j ) ρo o o Consumores que Responem a Preço: Função Benefíco o Consumor Expressa o benefíco o consumo e energa elérca para a avae esenvolva pelo consumor; Função Benefíco quaráca: T B( p ) = B p p B2 p 2 Curva e Demana assocaa: p = Po + ρ 5

6 Consumores que Responem a Preço: Relação enre Função Benefíco e Curva e Demana B ( p ) p 2 T = B p p B2 = Po + ρ p B B 2 = = B 2 P o arz ( N N ): Elemenos agonas: proporconas à elascaepreço; Elemenos fora a agonal: proporconas às elascaes cruzaas. Resulaos Esperaos Alívo e conções crícas e operação (congesonamenos e ransmssão, perfís e ensão efcenes) para preservar qualae e suprmeno e níves e confablae; Reução e carga: mas rápa e flexível o que a para e unaes geraoras e reserva; Prevenção e esgases na relação concessonáraconsumor ecorrenes e cores e carga em conções severas; elhora no elenco e servços ofereco pela concessonára a seus consumores. 6

7 Formulação o FPO Dnâmco (FPO) Função-Objevo () nmzar (Cuso Concessonára Benef. Consumor) Cuso a Concessonára: Energa compraa ou prouza pela concessonára (C g ); Incenvos par encorajar reuções of consumo (I n ); Peras e faurameno evas à reução e emana (R L ). Benefíco o Consumor (B ): Para consumores sujeos a spo prce, B represena os benefícos o uso a energa elérca em função as varações e preço e energa; Não é conserao para consumores almenaos a arfa fxa ou horo/sazonal (me-of-use). Formulação o FPO Dnâmco (FPO) Função-Objevo (2) Cusos e Generação: C g = ns = nd C g C (P ) = c.p + g g T Benefíco oal os consumores: g T T B = B B (P ) = b.p.p.b 2. P {,...,nd} 2 = Incenvos para Consumores que responem a preço: 2.P T g.c 2. P g {,...,ns} Pera e recea ev. a reução carga: (para consumores horo-sazonas) R n = R nti L r. = = τ. P r 7

8 Formulação o FPO Dnâmco (FPO) Resrções o Problema e Omzação () Equações e balanço e poênca ava e reava: oelo Não-lnear para a ree; Cargas sensíves a preço conseraas varáves e conrole. Lmes Operavos: Poêncas geraas; Reuções e carga; Tensões noas; Fluxos e poênca nos ramos. Resrções os consumores: Represenam lmações mposas pelo parão e consumo o consumor; Poem ser neremporas (acoplaas no empo). Formulação o FPO Dnâmco (FPO) Resrções o Problema e Omzação (2) Equações e balanço e poênca ava e reava: P L + P ( θ,v ) + A.P A g P A r P = 0 g r Q L + Q ( θ,v ) + A.Q A g Q A r Q = 0 g r Lmes operaconas: f P m g m P m Pr m V m L Pg P Pr V P P P V f ( θ,v ) g r fl {,..., n T } 8

9 Formulação o FPO Dnâmco (FPO) Resrções os Consumores Consumor Flexível: P P ou P r P r Consumor com Resrções e Energa: n TIcr τ =. P e Consumor com Resrções e Poênca: P P P = P 2 =... = P ntcr ou ou n TIcr τ = Pr Pr. P e r P r = P r 2 r =... = P r ntcr Solução pelo éoo Prmal-Dual e Ponos Inerores Ssema lnear a ser reolvo a caa eração: H Δx = Δb Parão e elemenos não-nulos em H: 2 2 n n 9

10 Resulaos Fornecos pela Aboragem FPO Seleção as cargas a serem reuzas; Quanaes as reuções e carga nvuas; Tempo e uração as reuções e carga; Componenes e cuso o Programa e PD. Resulaos e Smulações Problemas smulaos: Reução e pco e carga (ssema IEEE 4 barras); Congesonameno e Transmssão Ssema-ese: IEEE 30-barras; Consumores que responem a preço (ambene spo prce). Perfl e Tensão Defcene Ssema-ese: moelo reuzo e 37 barras a ree e subransmssão a CELESC; Preços e energa consanes; Exsênca e conraos e reução e carga enre concessonára e consumores. 0

11 Ssema IEEE e 4 barras (9) (20) (2) (3) () 6 (0) ~ (2) () (5) (4) (3) (8) 0 7 (4) (7) (6) (5) (8) ~ ~ (7) 9 (9) 4 (6) 3 arz : Parão e elemenos não-nulos Caso A Barra 4 Barra 5 Caso B Barra 4 Barra 5

12 Reução e pco e carga: Caso Base Curvas e carga oal e e carga fxa 6 4 Socal cos: 9046 Deman, p.u Tme Reução e pco e carga: Caso A Curvas e carga oal, carga fxa e carga que respone a preço: 6 4 Socal cos: 7857 Deman, p.u Tme 2

13 Reução e pco e carga: Caso B Curvas e carga oal, carga fxa e carga que respone a preço: 6 Deman, p.u Socal cos: Tme Comparação e cusos Cuso Socal Caso Base A B $

14 Comparação e espachos Geração Pg (p.u.) G G2 G3 Base A B Alívo e Congesonamenos e Transmssão Barras 7 an 30: Consumores com resrções e energa. Ramo 5: Congesonao urane Períoos e carga pesaa; Concessonára fornece ncenvos para reução e carga nas barras 7 e 30. 4

15 Elascaes as Cargas que Responem a Preço Valores baxos e elascae consumor menos flexível; Elascaes as uas cargas são mas baxas ao fnal o períoo; Elascaes cruzaas não são conseraas. Carga Gerencável e Cusos e Geração Cargas Gerencáves Cusos e Geração Geraores responsáves pela maor pare o suprmeno 5

16 Efeos sobre Congesonameno e Transmssão: Preços argnas e Barra Sem Reução e Carga Incenvo e 000 $/pu.h ofereco às cargas nas barras 7 e 30 (horáro e pco). Efeos sobre Congesonameno e Transmssão: Curva e Carga Carga Toal o Ssema Resposa os Consumores com e sem ncenvos Resposa exponânea as cargas nas barras 7 e 30 6

17 Efeos sobre Congesonameno e Transmssão: Benefícos e Pagamenos Incenvos x 0-2 ($/pu.h) Benefíco os Cons. ($) Cona e Energa ($) áx. Dfer. De PBs ($/pu.h) Incenvos ($) 0/0 2403,9 479,7 56,3 0 0/0 2397,8 329,7 429,7 69,4 elhora no Perfl e Tensões: Ssema-ese (oelo reuzo Ss. Celesc) Barras 4, 5 an 6: Consumores Flexíves; Conngênca: Saía e operação o ramo 6-; Reução e carga amssível: 5% Faor e poênca as cargas consane. 7

18 elhora no Perfl e Tensões: Efeos a PD sobre ensões e cargas Barra Carga Toal (pu) Sem PD Com PD 0,3895 0,3305 0,505 0,275 0,3629 0,3089 Reução e Carga (%) 5, 5,3 4,9 Parcpação a Demana em Concessonáras e Dsrbução: Reução o onane e Uso o Ssema e Transmssão 8

19 Concessonáras e Dsrbução Devem fornecer energa respeano créros e qualae e lmes operaconas os equpamenos; Devem evar a ulrapassagem e: valores e energa conraaos com seus forneceores e capacaes conraaas com o Operaor o Ssema; Esão sujeas a: Pcos nesperaos e consumo; Conngêncas ou congesonamenos em seu ssema e subransmssão. Operação Convenconal e Concessonáras e Dsrbução Varáves e conrole sponíves: Poêncas ava e reava geraas; Taps e rafos, chaveameno e capacores/reaores; Cores e carga (manaóras, em suações crícas); Poênca as cargas são aos o problema Consumores não parcpam e ecsões para o alívo e conções crícas; Dsrbuora compra energa e Empresas Geraoras e Prouores Inepenenes, enregue va Ss. e Transmssão; Requsos a serem observaos: Lmes nos monanes e energa conraaos; Lmes e capacae conraaos com o Operaor o Ssema nos ponos e conexão com a Ree e Transmssão. 9

20 PPDs para Empresas e Dsrbução Conseram-se PPDs envolveno consumores e méo/grane pore e uma empresa e srbução; Concessonára e consumores esabelecem conraos e suprmeno com cláusulas e reução e emana; Consumores sponblzam pare e sua carga para reução, em resposa a solcação a srbuora; Objevo ípco: alvar os efeos e conções operaconas severas para a srbuora. Caraceríscas o Problema Conções operaconas aversas e nesperaas poem levar a aumeno no cuso a energa mporaa va ree e ransmssão; Por ouro lao, reuções e carga levam a peras e recea a srbuora consumores o PPD aconaos evem ser cuaosamene seleconaos, e acoro com sua localzação na ree; Necessae e espacho conjuno o suprmeno e energa e reuções e carga, levano em cona: Lmes operavos os equpamenos; Balanço e poênca; Lmes e reução e carga requeros pelos consumores. 20

21 Aboragem Proposa FPO especalzao, que busca mnmzar smulaneamene: Cusos a energa aqura pela srbuora; Peras e recea avnas as reuções e emana os consumores. Resrções o problema: Equações e balanço e poênca na ree; Lmesoperaconase equpamenose ramos; Resrções operaconas os consumores parcpanes o PPD. Esraéga e Operação com PPD Consumores parcpam e ecsões para o alívo e conções crícas e operação; Deslgamenos nempesvos ornam-se reuções e carga realzaas em concorânca com os consumores aravés e ncenvos econômcos; Consumores gerencaos poem ser vsos como pequenos geraores spersos pela ree elérca. 2

22 Conraos e Uso o Ssema e Transmssão Ponos e eção: lmes em W que evem ser respeaos (onanes e Uso o Ssema e Transmssão-UST s); Ponos e Enraa: efnem a fronera enre a ree básca e ransmssão e a ree a concessonára; Ulrapassagens os UST s são foremene penalzaas! Formulação o Problema va FPO Represenaçãoareeelérca; Represenação e 3 classes e consumores: Consumor flexível; Consumor com resrções neremporas e energa; axa e varação e reução e emana ambém conseraa; Consumor com resrção neremporal e poênca. 22

23 Formulação va FPO Problema e omzação e resrções neremporas: Fluxo e Poênca Ómo Dnâmco (FPO); Duas versões e FPO foram esenvolvas: Sem represenação a resposa os consumores: FPO Base (convenconal); Com a represenação a resposa os consumores: FOPe (Fluxo e Poênca Ómo com Resrções Operaconas). Formulação o FPO Base nmzar Cuso e Poênca e Enraa: n T ne nt _ C( pe) = fb. p. h + fc.( p Pe j ). h e, e, = = = j ψ Sujeo a: Balanço e poênca ava: p + B Lmes operaconas os PE s: p L, A e e, θ = 0 p m e, p e, p e, Lmes os Fluxos : l m L, Γ A θ l L, 23

24 Formulação FOPe nmzar Cusos e Poênca e Enraa e e Não Faurameno: n n n T E T _ C(pe ) = fb.p.h + fc.(p Pe ).h e, e, j = = = j ψ Sujeo a resrções o FPO Base e a resrções neremporas: Consumores Flexíves: m Lmes e reução e poênca: p p Consumores com Resrção e Energa: Energa: e m P h Taxa e varação e reução e carga: T e [ NF(p ) + NF 2(p ) NF 3(p )],, p, ΔVD m D P ΔVD v Consumores com Resrção e Poênca: Poênca consane: C P C = 0 Resulaos Fornecos pelo éoo Localzação as cargas a serem reuzas; onane e energa a ser reuzo; Inervalo e empo e uração a reução; Cuso e não-faurameno relavo à reução o consumo. 24

25 Resulaos Ilusravos Ssema-ese: Ssema e Subransmssão a Celesc Conngênca: Pera LT: Campos Novos Blumenau Conngênca severa para o ssema Celesc; Duração: hora; Carregameno conserao: Julho/2003, carga pesaa; Duas suações : Suação Base: sob conngênca e sem GC (FPO); Suação ofcaa: sob conngênca e com GC (FOPe); Represenação os Consumores: Regão Nore = 25% a capacae conraaa; Ouras regões = 0% a capacae conraaa. Resulaos Ilusravos Pera LT: Campos Novos Blumenau Suação Base (4 nervs. maor carregameno) Suação ofcaa 25

26 Resulaos Por Tpo e Consumor Pre(pu) 0,6 0,4 0,2 0, 0,08 0,06 0,04 0,02 0 Poênca Reuza o Consumor o Tpo Flexvel CONS_08 CONS_09 CONS_0 Nome o Consumor Tpo I 8h 9h 20h 2h Pre(pu) 0, 0,08 0,06 0,04 0,02 0 Poênca Reuza o Consumor com Resrção e Energa CONS_02 CONS_04 CONS_05 Pre(pu) 0,06 0,04 0,02 0,0 0,008 0,006 0,004 0,002 0 Poênca Reuza o Consumor com Resrção e Poênca CONS_25 CONS_26 CONS_28 Nome o Consumor Tpo II Nome o Consumor Tpo I 8h 9h 20h 2h 8h 9h 20h 2h Impaco Econômco Pera LT: Campos Novos Blumenau (525kV) S. Base S. ofcaa Pera Recea (R$) ,00 ula (R$) , ,00 Toal (R$) , ,00 26

27 Conclusões (I) Parcpação a emana mosra-se efcaz para: Alvar conções operaconas aversas, as como: congesonamenos e ransmssão, aumenos súbos e carga, efeos e conngêncas sobre perfl e ensão, ec; Reuzr cusos e operação e penalaes ecorrenes e suações crícas e operação; Tenênca e aplanameno a curva e carga maor segurança na operação o ssema; Auxílo na eermnação o monane conraao e uso a ransmssão por rees e srbução; Conclusões (II) PD ambém perme que nvesmenos em reforços e ransmssão/srbução possam ser posergaos ou melhor escalonaos no empo; Fluxo e Poênca Ómo nâmco proposo qualfcase como ferramena aequaa para avalar a efcáca a conrbução a Parcpação a Demana. 27