XX SNPTEE SEMINÁRIO NACIONAL DE PRODUÇÃO E TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA GRUPO - IX GRUPO DE ESTUDO DE OPERAÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS GOP

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1 XX SNPTEE SEMINÁRIO NACIONAL DE PRODUÇÃO E TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA Versão.0 XXX.YY 22 a 25 Novembro de 2009 Recfe - PE GRUPO - IX GRUPO DE ESTUDO DE OPERAÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS GOP MODELO ECONÔMICO DE PROGRAMAÇÃO DIÁRIA DA GERAÇÃO CONSIDERANDO A PRESTAÇÃO DO SERVIÇO ANCILAR DE SUPORTE DE REATIVO Douglas Paladne Vera(*) COPEL Clovs Tadeu Salmazo COPEL RESUMO A nova regulamenação acerca da presação do servço anclar de supore de reavo possblou que fosse crado um modelo econômco de omzação para a formulação do programa dáro de geração em que esvessem ncluídos como créros de desempenho ano os cusos operaconas exsenes (perdas de água em função do desvo de um pono ómo de operação do gerador; paradas e pardas de undades geradoras; e a operação como compensador síncrono de forma não remunerada) quano a prevsão de remuneração pelo supore de reavo presado de forma a se ober uma solução que aenda às resrções écncas e sea omzada comercalmene. PALAVRAS-CHAVE Servços Anclares Paradas e Pardas Omzação Pré-Despacho.0 - INTRODUÇÃO Com o nuo de promover um ambene compevo para a geração de energa elérca as concessonáras de energa foram separadas em geração ransmssão e dsrbução e foram enão aberas para a parcpação prvada com o obevo de arar capal e aumenar o número de compedores no seor. Para reger ese novo ambene compevo novas regras e normas precsaram ser cradas e denre elas enconra-se a regulamenação acerca dos servços anclares. Nese aspeco a Le nº e o Decreo nº ambos de 998 permram que as empresas fossem remuneradas pela operação de undades geradoras no modo compensador síncrono quando do provmeno do servço anclar de supore de reavo sendo a regulamenação dese servço dada pela Resolução ANEEL nº 265 de 0 de unho de Conudo esá prevso nas regras de comercalzação vgenes que o pagameno pela energa reava produzda ou absorvda somene será efevado com base nos períodos onde ese servço ver sdo solcado ao Agene pelo Operador Naconal do Ssema Elérco (ONS). Nos períodos onde não houver esa solcação e a undade for dsponblzada ao Agene caberá a ese as opções de parar a undade geradora ou manê-la como compensador síncrono por sua própra convenênca devendo enão o mesmo arcar com os cusos decorrenes da decsão. Com sso o processo de omzação no pré-despacho de undades geradoras passou a er mas varáves a serem consderadas como a remuneração pelo supore de energa reava e o cuso da operação como compensador síncrono. Porano a decsão do esado operavo da undade dexa de ser baseada em faores puramene energécos para ser baseada em uma esraéga écnco-econômca em que o presene rabalho pode ser vso como uma oporundade de melhora dos processos de planeameno da operação de curo prazo e ambém da (*) Rua José Izdoro Bazeo n 58 sala Bloco A CEP Curba PR Brasl Tel: (55 4) Fax: (55 4) Emal: douglas.vera@copel.com

2 2 operação em empo real das usnas hdrelércas subsdando a omada de decsão no momeno da dsponblzação pelo ONS enre deslgar ou maner a undade operando como compensador síncrono O SERVIÇO ANCILAR DE SUPORTE DE REATIVO PROVIDO POR UNIDADES GERADORAS OPERANDO COMO COMPENSADOR SÍNCRONO O Supore de Reavo é o fornecmeno ou absorção de energa reava desnada ao conrole de ensão da rede de operação para manê-lo denro dos lmes de varação esabelecdos. Segundo o módulo 4 dos Procedmenos de Rede são consderados servços anclares de supore de reavo aqueles provdos pelas undades geradoras fornecendo poênca ava; undades geradoras operando como compensadores síncronos; e equpamenos para conrole de ensão dos concessonáros de ransmssão. Porém para que o servço anclar sea assm classfcado e o Agene passe a er os dreos e deveres referenes a esa conraação faz-se necessáro que um Conrao de Presação de Servços Anclares (CPSA) sea assnado. O CPSA é um conrao blaeral celebrado enre o ONS e o Agene provedor do servço anclar. Ese conrao deermna que é de responsabldade do Agene a manuenção dos equpamenos necessáros para a comuação de gerador/compensador síncrono de odas as undades geradoras declaradas como provedoras dese servço sendo que pela sua presação o Agene erá dreo ao recebmeno aravés da CCEE va ESS (Encargos de Servços do Ssema) do valor em reas (R$) resulane do cálculo dado pelo monane de energa reava apurado e da Tarfa de Servços Anclares (TSA) esabelecda pela ANEEL. 2. Esados Operavos segundo as normas do ONS Fundamenalmene exsem rês esados em que a undade geradora pode permanecer: Parada; Operando como Gerador; ou Operando como Compensador Síncrono. Enreano conforme defndo pela RO.AO.BR-04 cada esado pode ser classfcado de dferenes formas e enre eles: LIG (lgado como gerador); LCS (lgado como compensador síncrono por solcação do ONS para a presação do servço anclar de supore de reavo); LCC (lgado em compensador síncrono por convenênca do Agene); e DCO (deslgado por convenênca operava do ONS). Denre ouras funções esas classfcações subsdam a conablzação de energa para o faurameno. Conforme a necessdade ssêmca a equpe de operação do ONS pode solcar aos Agenes que suas undades geradoras operem como gerador (LIG) ou como compensador síncrono (LCS). Porém nos períodos onde não houver necessdade da undade geradora sncronzada ao SIN a mesma deverá ser enregue ao Agene que poderá opar enre: ) Maner a undade como compensador síncrono sem a solcação do ONS (LCC) e com sso arcar com os cusos desa operação sem haver remuneração pela geração ou absorção de energa reava; 2) Deslgar a undade geradora por convenênca operava (DCO) nese caso a undade permanecerá deslgada porém dsponível ao ONS para quando a mesma for solcada a enrar novamene em operação. Ao Agene ncorrerá os cusos nerenes a esa manobra resulanes dos desgases causados por esa operação. Dadas esas condções operaconas mposas pelo novo modelo do seor faz-se necessáro a esmava dos cusos nerenes a cada decsão bem como se orna mporane a cração de um modelo que auxle na elaboração omzada do programa dáro de geração consderando as novas varáves CUSTOS OPERACIONAIS Os cusos operaconas foram dvddos em: Cusos de Parada e Parda; Cusos da Operação como Compensador Síncrono; e Perdas Energécas do Processo de Geração. Para ano fo necessáro uma análse dos processos e a denfcação de componenes que de alguma forma apresenam um gaso operaconal mensurável. 3. Cusos da Operação como Compensador Síncrono Foram analsados os equpamenos que parcpam avamene do processo de operação da undade geradora como compensador síncrono além da mensuração (ou esmação) dos consumos de energa elérca. Com sso foram consderados: Módulo 0 dos Procedmenos de Rede do ONS

3 3 - Energa Ava que nclu o conumo da máquna síncrona (moor) e dos ssemas auxlares (excação compressores de ar de rebaxameno e perdas nos ransformadores elevadores); - Consumo de água do ssema de resframeno das undades; - Cusos adconas de manuenção nclundo os ssemas de ar de rebaxameno e de excação. Com sso uma função maemáca para a esmava do cuso da operação como compensador síncrono em função do empo de operação pode ser enconrada (). 3.2 Cusos da Parada e Parda das Undades Geradoras Para a consrução de uma função maemáca que represenasse o cuso esmado de uma parada e parda das undades geradoras fo realzado um esudo vsando a denfcação dos equpamenos que apresenam um gaso mensurável em função de desgases sofrdos por manobra além dos consumos adconas de energa necessáros para a realzação do processo. Com sso foram denfcados os segunes componenes para a formação do cuso oal: - Perdas de água adconas durane a parda da undade; - Desgases dos equpamenos assocados ao ssemas de lubrfcação forçada e frenagem; - Redução da vda úl do enrolameno esaórco do gerador; - Consumo de energa ava pela ressênca de aquecmeno do gerador. Desa forma após a denfcação e mensuração dos valores fo esmado o cuso da parada e parda das undades geradoras (). 3.3 Perdas Energécas do Processo de Geração A poênca gerada numa usna hdrelérca é uma função da vazão urbnada e da alura de queda que por sua vez é uma função não-lnear do volume armazenado e da vazão defluene. As perdas assocadas à produção de energa correspondem ao desvo do pono ómo de operação sendo enconrado por meo de um processo eravo que consdera a elevação do canal de fuga (para urbnas afogadas) as perdas no conduo forçado e as curvas de rendmeno da urbna (curva colna) e do gerador (2) (3) A PROGRAMAÇÃO DIÁRIA DA GERAÇÃO (PRÉ-DESPACHO) O problema do pré-despacho consse bascamene em deermnar prevamene os valores de geração por usna e por undade geradora para cada nervalo de empo (30 mnuos) ao longo de um período (geralmene da) buscando a omzação energéca e a preservação dos equpamenos. 4. A Formulação Geral do Problema O problema busca a mnmzação econômca das perdas decorrenes do processo de geração de energa e ambém dos cusos operaconas decorrenes do número de paradas e pardas e da operação como compensador síncrono consderando anda a remuneração pela presação do servço anclar de supore de reavo de forma que seam aenddas as meas de geração por usna os lmes operavos das undades geradoras e a carga prevsa do ssema. Com sso a função obevo do problema pode ser escra como: Sueo a: T nu nm = = = ( Cen f ( pm )) ( Cpp z z y y g g ) ( Clcc y ) ( TSA q Clcs ) g ) ( Cen f ( p )) mn ()

4 4 - Aendmeno das meas de geração por usna: T = p = p (2) - Aendmeno à carga oal: nu = p = d (3) - Aendmeno à demanda da presação do servço anclar de supore de reavo: nm = q w (4) - Resrções Operavas: mn max (5) z pm pm z pm mn max (6) g q q g q z y g (7) nm = pm = p (8) Onde f ( pm ) é a função de perdas do processo de geração assocada a cada undade geradora da usna durane o nervalo de empo sendo consderada a perda de rendmeno do conuno urbna-gerador e a perda hdráulca do conduo (em MWh); f é a função de perdas do processo de geração consderando a perda p pela elevação do nível de usane (para usnas com urbnas afogadas) e/ou quando houver a perda hdráulca do conduo conuno de odas as undades geradoras (em MWh); Cen é a valoração econômca das perdas de energa ocasonadas durane o processo de geração da usna (em R$/MWh); parda da undade geradora da usna (em R$); Cpp é o cuso da parada ou Clcc é o cuso referene à operação como compensador síncrono quando operando de forma não remunerada (LCC) da undade geradora da usna durane o nervalo de empo (em R$); Clcs é o cuso da operação como compensador síncrono quando da presação do servço anclar de supore de reavo dado por Tarfa de Servço Anclar (em R$/Mvarh); (em MW); Clcc desconando o consumo do moor síncrono (em R$); TSA é a p é a mea de geração para a l-ésma usna (em MWh); p é a poênca despachada na usna durane o nervalo de empo d é a demanda de poênca ava do ssema durane o nervalo de empo (em MW); w é a demanda de poênca reava da usna para a presação do servço anclar de supore de reavo durane o nervalo de empo (em Mvar); q é a poênca reava fornecda pela undade da usna operando como compensador síncrono para a presação do servço anclar de supore de reavo durane o nervalo de empo (em Mvar); pm é a poênca produzda na undade geradora da usna no nervalo de empo (em MW); mn max pm pm são a poênca mínma e máxma respecvamene produzda na undade geradora da usna (em MW); q q são a poênca reava máxma e mínma respecvamene que pode ser produzda pela undade geradora da usna durane a mn max

5 5 operação como compensador síncrono (em Mvar); z é uma varável booleana que assume quando a undade geradora da usna esá operando como gerador durane o nervalo de empo e assume 0 caso a undade esea em ouro esado operavo; y é uma varável booleana que assume quando a undade geradora da usna esá operando como compensador síncrono de forma não remunerada (LCC) durane o nervalo de empo e assume 0 caso a undade esea em ouro esado operavo; g é uma varável booleana que assume quando a undade geradora da usna esá operando como compensador síncrono de forma remunerada (LCS) durane o nervalo de empo e assume 0 caso a undade esea em ouro esado operavo; T é o número oal de períodos; nm é o número de undades geradoras dsponíves da usna e nu é o número de usnas. 4.2 Técnca de Solução A Fgura lusra a écnca de solução mplemenada em um prmero nível há o subproblema do despacho de undades resolvdo separadamene para cada usna va programação dnâmca cuo obevo é deermnar a melhor confguração de undades que aende à poênca despachada para cada usna. A prmera confguração de undades para cada usna é defnda prevamene de uma forma que odas as meas e resrções do problema possam ser aenddas. Em um segundo nível enconra-se o subproblema do despacho de geração que aravés de um coordenador para a solução va relaxação Lagrangeana são obdos os blocos de geração omzados por usna e por período para uma dada confguração de undades despachadas. Fgura - Procedmeno de solução que combna relaxação Lagrangeana e Programação Dnâmca (Adapado de (3)) Conforme é enconrada a dsrbução de poênca dada pela solução do subproblema do despacho de geração uma nova confguração de undades pode ser obda com a solução do subproblema do despacho de undades que servrá como enrada para que novamene haa uma redsrbução de poênca enre as usnas. Ese procedmeno heurísco deve ser repedo aé que a confguração de undades enconradas pela solução do subproblema de despacho de undades concda com a solução aneror (4). A Fgura 2 apresena um exemplo da esruura da programação dnâmca mplemenada onde dado o despacho de geração por período é consruída uma marz de esados com odas as confgurações possíves que aendem o despacho de geração defndo. Nesa fgura hpoéca percebe-se que para uma usna que possua 4 undades geradoras com as mesmas caraceríscas com lmes operaconas por undade varando enre 65 e 35MW as quaro necessam esar lgadas como gerador (LIG) no nsane = para que os 064MW despachados seam aenddos á no nsane =2 rês ou quaro undades geradoras necessam esar operando como gerador (LIG) para que os 785MW despachados seam aenddos e com sso exsem as segunes confgurações de undades geradoras possíves: (3 LIG DCO; 3 LIG LCC; e 4 LIG) além dsso uma quara possbldade esá presene nesa suação (3 LIG LCS) no enano esa confguração só deve exsr na marz caso esa possbldade sea prevamene defnda. Segundo ese mesmo racocíno é possível monar o dagrama de esados para odos os eságos de odo o período T. Em função da legslação vgene acerca da presação do servço anclar de supore de reavo que não perme uma conraação de demanda préva de fornecmeno de energa reava a defnção sobre haver ou não undades dsponíves para presarem ese servço anclar pode ser baseada em hsórcos de operação ou em esudos de

6 6 fluxo de poênca. Com sso defne-se prevamene para cada período um número de undades que podem ser solcadas a operarem como compensador síncrono de forma remunerada bem como a poênca reava méda que poderá ser fornecda ao Ssema Inerlgado Naconal (SIN) por cada undade permndo que a remuneração possa ser esmada e ncluída no modelo. O cuso elemenar relavo à ransção enre os esados de um eságo e é consuído pela soma da função de perda de geração ponderada pela sua valoração moneára arbuída; do cuso assocado às pardas/paradas das undades geradoras; e do cuso da operação como compensador síncrono. Fgura 2 - Exemplo de confgurações de undades que aendem ao despacho de geração defndo. Desa forma consderando * f o cuso mínmo acumulado nos eságos...t para um dado esado operavo das undades geradoras ( g y z ) para odo nm. O resulado fnal da confguração de undades é obdo aravés da solução da Equação 9 recursva para odo T e calculada para odas as confgurações de undades que sasfazem as resrções de poênca despacha e as resrções operaconas de cada undade. = = * ) ( ) ( mn * nm f p f Cen g Clcs q TSA y Clcc g g y y z z Cpp pm f Cen f (9) A confguração do esado ncal das undades pode ser obda a parr do programa de geração do da aneror e com sso a marz de esados passa a er um eságo =0 onde o esado operavo das undades á esá defndo.

7 RESULTADOS E CONCLUSÕES Conforme apresenado o problema do pré-despacho é resolvdo aravés de um procedmeno eravo que alerna a resolução de dos subproblemas: o Despacho de Geração (DG) e o Despacho de Undades geradoras (DU). Os valores dos cusos resulanes de cada aleração de esado operavo (parada e parda e operação como compensador síncrono) foram aplcados no subproblema do despacho de undades geradoras que unamene com a remuneração pelo supore de reavo e com a valoração das perdas energécas do processo de geração compõem os cusos de ransção enre os esados dos eságos para a resolução dese subproblema aravés da programação dnâmca. Para a apresenação dos resulados foram realzadas rês smulações consderando créros de omaldades dferenes: (a) sem consderar cusos de ransção enre os esados operavos; (b) consderando os cusos de parda parada e da operação como compensador síncrono; e (c) consderando os cusos de ransção enre os esados operavos e a remuneração pelo supore de reavo presado nos períodos deermnados conforme prevsão. O Despacho Incal que é a confguração ncal das undades geradoras fo obdo por meo de uma heurísca baseada numa dsrbução ponderada pela mea de cada usna da geração oal (demanda) que garane o aendmeno a odas as resrções do problema. Fo consderada para odas as smulações a mesma demanda de produção de energa reava pelas undades geradoras operando como compensador síncrono (LCS) ou sea ndependenemene do despacho de undades geradoras haverá a necessdade de presação do supore de reavo. No enano a remuneração pelo supore de reavo só fo ncluída na função obevo para a resolução da smulação (c). Nas smulações (a) e (b) e no despacho ncal o número de períodos onde havera a operação como LCS conforme a demanda prevsa fo verfcada após a solução do despacho de undades geradoras e ncluída nos resulados. A Tabela mosra a comparação enre as smulações realzadas para uma prevsão de carga de um da ípco de operação do ssema COPEL (Fgura 3) e mosra os resulados consderando as UHE s GBM GNB GJR e GPS. A perda energéca fo valorada à TEO (Tarfa de Energa de Omzação). Demanda Poênca (MW) :00 0:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 0:00 :00 2:00 hora Fgura 3 - Prevsão de demanda de carga 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 20:00 2:00 22:00 23:00 Tabela - Resulado das smulações para a defnção do Pré-Despacho consderando a TEO para a valoração das perdas energécas e a possbldade de remuneração pelo supore de reavos para odas as smulações. Despacho Incal Smulação (a) - Sem cusos de P/P e LCC Smulação (b) - Cusos de P/P e LCC Smulação (c) - Cusos de P/P e LCC LCS Perdas [MW méd] Nº P/P Nº LCS O número de pardas e paradas consdera o número de pardas mas o número de paradas e nclu as pardas para aender o servço anclar de supore de reavo uma vez que a undade esando deslgada por DCO pode ser solcada a operar como compensador síncrono em função da demanda esabelecda. O número de LCS conablza o número de períodos (30 mnuos) em que as undades podem ser solcadas a operar como compensador para a presação do supore de reavo.

8 CONCLUSÕES A ulzação dos cusos operaconas e da demanda energa reava possblam que os resulados obdos seam omzados do pono de vsa econômco podendo mnmzar o número de paradas e pardas além de verfcar a possbldade da remuneração como compensador síncrono de forma a dsponblzar um número maor de undades ao ssema em função da prevsão de despacho durane a operação em empo real de undades para a presação do supore de reavo ao SIN. No enano a nclusão da prevsão de supore de reavo deve ser ponderada uma vez que por não haver garanas de despacho de máqunas para ese fm e nem de conraação préva de energa reava a smples varação da produção de reavo pode razer mpacos fnanceros para a empresa em função da elaboração do programa dáro er consderado uma remuneração pré-esabelecda. Além dsso há o cuso da operação como síncrono que mesmo por solcação do ONS pode ser onerosa à Companha caso a remuneração dada pela produção de reavo não cubra o cuso da operação conforme apresenado no em 3.. O obevo do modelo apresenado é permr que as empresas possam aprovear seus recursos ano nauras (reservaóros) quano físcos (equpamenos) de uma forma mas econômca e so se orna muo mporane no aual modelo compevo do seor elérco. Tem-se anda que uma omzação do pré-despacho resula em menores perdas energécas durane a produção acarreando em ganhos para odo o SIN. Por ouro lado um melhor aproveameno dos recursos físcos (equpamenos) acarrea em ganhos de dsponbldade uma vez que dmnu a necessdade de nervenções nos equpamenos aumenando com sso a confabldade do ssema o que ambém acarrea em vanagens para odo o SIN. Com sso o modelo apresenado procurou ponderar em valor econômco ano os desgases físcos dos equpamenos quano as perdas energécas de modo a possblar que um despacho mas econômco sea realzado REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS () VIEIRA D. P. Modelo Econômco de Programação Dára da Geração Consderando os Cusos de Parada e Parda e Operação como Compensador Síncrono. Dsseração de Mesrado. Curba. UTFPR (2) SOARES S. SALMAZO C. T. Mnmum Loss Predspach Model for Hydroelecrc Power Sysems. IEEE Transacons on Power Sysems vol. 2 nº 3 pp Augus 997. (3) SALMAZO C. T. Modelo de Omzação Elero-Energéco de Curo Prazo (Pré-Despacho) Aplcado ao Ssema Copel. Dsseração de Mesrado. UNICAMP (4) ARCE E. A. S. Despacho Ómo de Undades Geradoras em Ssemas Hdrelércos va Heurísca Baseada em Relaxação Lagrangeana e Programação Dnâmca. Tese de Douorado. UNICAMP