SIMULAÇÃO DA OPERAÇÃO HIDRÁULICA DE RESERVATÓRIOS Anasácio Sebasian Arce Encina 1, João Eduardo Gonçalves Lopes 2, Marcelo Auguso Cicogna 2, Secundino Soares Filho 2 e Thyago Carvalho Marques 2 RESUMO Os profissionais do Sisema Elérico Brasileiro e Paraguaio dispõem aualmene de poucas ferramenas para auxílio ao processo de omada de decisões nas eapas de Programação da Operação, Operação em Tempo Real e para as arefas de validação da Análise de Pós-operação dos sisemas geradores. Para a execução das aividades inerenes ao processo de operação hidráulica de reservaórios, as áreas de programação, pré-operação, empo real e pós-operação, necessiam dispor de um insrumeno que susene no conhecimeno anecipado e dealhado do comporameno da água bem como na decisão da programação e reprogramação de defluência. Ese insrumeno converge para a criação de um simulador da operação hidráulica dos reservaórios, que dealhe a operação no nível que essas áreas necessiem e que seja, preferencialmene, um simulador em base horária. Esse rabalho apresena a esruura e as funcionalidades de um simulador hidráulico com ais caracerísicas, desacando ponos escolhidos com a experiência de quase dois anos da Duke Energy Inernaional, Geração Paranapanema no uso do sisema de simulação para supore à decisão da Programação da Operação e Operação em Tempo Real do sisema gerador localizado no Rio Paranapanema. Palavras-Chave Usinas Hidreléricas, ulação, Planejameno e Programação da operação. 1. UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS Rua Alber Einsein, n 400 P.O. Box 6101, 13083-970 Campinas, SP, BRASIL {dino, marcelo, hyago}@cose.fee.unicamp.br 2. USINA HIDRELÉTRICA DE ITAIPU Hernandarias Paraguay. arce@iaipu.gov.py
1. INTRODUÇÃO A operação hidráulica de sisemas de reservaórios corresponde ao conjuno de ações de conrole da água armazenada que visam aender as meas ou limies de níveis e/ou vazões esabelecidos pelo processo de planejameno e programação de despacho cenralizado. A operação deve respeiar a coordenação elero-energéica do sisema gerador, o cronograma de manuenção das máquinas, as falhas na operação das usinas, os limies hidrológicos como, por exemplo, o empo de viagem enre barragens, o uso múliplo da água e o conrole de cheia. Para a execução das aividades inerenes ao processo de operação hidráulica de reservaórios, as áreas de programação, pré-operação, empo real e pós-operação, necessia-se dispor de um insrumeno que susene no conhecimeno anecipado e dealhado do comporameno da água bem como na decisão da programação e reprogramação de defluência. Ese insrumeno converge para a criação de um simulador hidráulico. O objeivo principal da programação da operação de curo prazo do sisema hidroérmico é compaibilizar a operação dos sisemas hidráulico e elérico ao longo de horizones de curo prazo (de alguns dias aé duas semanas), respeiando as meas energéicas esabelecidas pelo planejameno da operação realizada em horizone de médio e longo prazo (Arce, 1999). O simulador hidráulico é um aplicaivo compuacional que em por objeivo fornecer informações sobre a evolução emporal dos níveis dos reservaórios e vazões defluenes, a parir do conhecimeno da siuação anecedene dos reservaórios, das vazões afluenes previsas, das gerações programadas, das caracerísicas dos rios, usinas e reservaórios, bem como das resrições operaivas hidráulicas. Nese arigo, apresena-se um modelo de simulação a usinas individualizadas (e sua implemenação compuacional) aplicado à programação da operação de sisemas hidreléricos com objeivo à simulação do Sisema Inerligado Nacional (SIN). O Hydro CP faz pare da coleção de ferramenas aplicadas ao supore à decisão do problema de programação da operação com discreização horária do horizone de esudo (Cicogna, 2003). Algumas das ilusrações feias nese rabalho são baseadas na experiência de quase dois anos da Duke Energy Inernaional, Geração Paranapanema (DEIGP) no uso do sisema de simulação para supore à decisão da Programação da Operação, Operação em Tempo Real e validação de Pósoperação do sisema gerador localizado no Rio Paranapanema. 2. O MODELO DE SIMULAÇÃO HIDRÁULICA Pode-se consruir um diagrama das enidades exisenes no problema de simulação hidrelérica de curo prazo. Um exemplo desse ipo de diagrama foi feio para o modelo Hydro CP e esá apresenado na Figura 1. Hidreléricas Resrições Rouing Vazões Mercado Horizone Implemenador Tomada de Decisões Figura 1. Represenação esquemáica das enidades e relacionamenos do modelo de simulação. A descrição das enidades e relacionamenos do diagrama da Figura 1 será apresenada a seguir. Horizone: essa enidade represena o período de empo em que se submeerá o simulador na arefa de operação do sisema gerador. Geralmene, aplica-se a discreização horária com horizone de alguns dias à frene. Aualmene esá-se adapando o horizone para a discreização de meia hora.
Hidreléricas: essa enidade represena o parque gerador hidrelérico. Definem-se aqui o número de usinas, o arranjo espacial (opologia da cascaa), a capacidade de geração, os limies operaivos dos reservaórios, da casa de máquinas, do canal de fuga e dos veredouros. Em relação ao simulador de longo prazo, algumas usinas a fio d água podem er represenação de faixas operaivas em horizones de alguns dias de exensão. A ligação desa enidade com a enidade horizone permie configurar dados variáveis com a escala emporal. Um exemplo diso é a possibilidade de se definir o programa de manuenção das máquinas, conferindo ao modelo a capacidade de simular a configuração dinâmica da capacidade do parque gerador. Rouing: essa enidade represena a uilização de modelos que ransladam e amorecem as vazões verificadas em um recho de rio (enre reservaórios), principalmene quando se considera a operação de curo prazo de sisemas hidreléricos. Resrições: essa enidade visa armazenar um conjuno de resrições especiais na operação do sisema, como, por exemplo, as leis de manobra de comporas e a capacidade de verimeno em função da coa do reservaório. Políica Operacional: nesa enidade define-se de que forma serão omadas as decisões de operação do sisema. O processo de omada de decisões baseia-se em um conjuno de regras operaivas para usinas e reservaórios, podendo-se denominar al conjuno de regras de políica operaiva para um sisema hidrelérico. Implemenador: essa enidade represena o procedimeno de aplicação de uma decisão conido no modelo de simulação, ou seja, define-se como se dará o processo de operação dos reservaórios em função decisor. Com a apresenação esquemáica da esruura do modelo de simulação, pare-se para uma breve descrição do coneúdo das enidades ciadas. Essa descrição em por objeivo enumerar as caracerísicas principais do funcionameno do simulador e dos dados gerenciados por ele em um processo de simulação. 2.1. Caracerísicas Principais O modelo de simulação proposo nese rabalho presa-se para a simulação da operação energéica de sisemas hidroeléricos siuados em um horizone curo prazo, com discreização horária ou misa. Em se raando dese ipo de horizone, e considerandose a eapa de programação do despacho de usinas, faz-se, abaixo, uma lisa das principais caracerísicas enconradas do modelo de simulação. ulação da operação de usinas hidreléricas, reservaórios sem aproveiameno hidrelérico e ponos de conrole; Conjuno compleo de resrições físicas (mínimos e máximos): volume, coas, capacidade de geração, número de máquinas e faixas operaivas; e de resrições hidráulicas: volume de espera, urbinagem, verimeno, defluência mínimos e máximos. Represenação dealhada da operação hidráulica de usinas hidreléricas: canal de fuga variável, rendimeno variável (exemplo na curva colina Figura 7), engolimeno máximo variável com a queda, rendimeno dos geradores e efeio de afogameno do canal de fuga por ouro reservaório ou confluência de um rio; Represenação do efeio rouing (ranslação e amorecimeno de vazões) aravés do empo de viagem enre aproveiamenos. Alo desempenho compuacional. Por exemplo, em um dos eses de grande pore, o simulador deerminou o cálculo hidráulico de 38 usinas
para 7 dias de horizone (168 inervalos horários) em apenas 1,6 segundo. O módulo Hydro CP é, enão, definido como a implemenação compuacional de um modelo de simulação a usinas individualizadas, capaz de represenar em dealhes as resrições operacionais aivas no problema de operação hidrelérica em um horizone de curo prazo. 2.2. O Processo de ulação Uma vez que os processos de simulação e decisão esão separados no modelo maemáico e na implemenação compuacional, pode-se apresenar separadamene os processos de cálculo das respecivas arefas (Cicogna e Soares, 1999). A esruura do processo de simulação é basane simples e pode ser represenada na forma de um esquema de aividades seqüenciais, conforme ilusração da Figura 2. Cada aividade apresenada nesa figura em um breve dealhameno feio em seguida. Implemenador Políica Início Preparar Dados = 1 Tomada de Decisão (balanço ex-ane) Balanço Hidráulico ex-pos Esado Facível = +1 = T Fim rim Correção da Decisão Figura 2. Represenação esquemáica do processo de simulação. Preparar Dados: Nesa eapa faz-se a coleção e preparação de odos os dados configurados para o esudo de simulação. Um exemplo da massa de dados exisene em um esudo de simulação pode ser esimada pela lisa de dados conidos na descrição da Figura 1. Vale lembrar que muios dos dados êm a dimensão do número de usinas N x número de inervalos T. Tomada de Decisão (balanço ex-ane): esa eapa encarrega-se de buscar na políica operacional do sisema, a decisão para um deerminado inervalo. A decisão é definida pelos valores das vazões urbinada e verida para cada usina em operação no inervalo. Ao se omar uma decisão de quano urbinar e/ou verer nese eságio da simulação, não são conhecidos os valores das vazões afluenes naurais das usinas no inervalo e poseriores. A políica em acesso apenas ao passado de operação do sisema, ou seja, informações aneriores ao inervalo. Assim, cada políica deve deerminar uma esimaiva da vazão afluene para cada usina, com objeivo de avaliar previamene as conseqüências de suas decisões. Essa avaliação baseia-se no cálculo do balanço hidráulico de cada usina, denominado ex-ane, uilizando as esimaivas de vazão. Como essas esimaivas de vazão afluene normalmene não se verificam, o processo de omada de decisão pode ser reomado com informações fornecidas pelo implemenador. Balanço Hidráulico ex-pos: Depois que a políica operaiva designa uma deerminada decisão operaiva, o balanço hidráulico ex-pos nesa eapa verifica a facibilidade da decisão a parir dos valores reais das vazões afluenes. Ese conjuno de vazões fazem pare do conjuno de dados de enrada, sobre o qual se esá simulando a operação do sisema
hidrelérico. O balanço ex-pos baseia-se no cálculo do balanço de massas para cada um dos reservaórios do sisema gerador. Esa equação de balanço será apresenada, em dealhes, mais adiane nese iem. Vale ressalar que esa eapa é oalmene independene da anerior. Esado Facível: Uma vez calculado o valor do balanço hidráulico com os valores reais das vazões afluenes das usinas, uma lisa de resrições é verificada para garanir que não exisem inconsisências na decisão indicada pela políica. As verificações deerminam a violação ou aendimeno dos seguines limies: urbinagem e defluência mínimas e máximas e verimeno máximo (verifica se foi possível implanar as decisões de vazão indicadas pela políica); limies mínimo e máximo de operação do reservaório (ese de facibilidade quano ao novo esado do sisema gerador) e a capacidade mínima e máxima de geração (ese de facibilidade quano à produção de energia). Se a decisão da políica adequa-se às resrições e o sisema foi levado a um esado de operação facível, move-se o processo de simulação para o próximo inervalo do horizone. Caso exisa um problema de facibilidade, o simulador represena a ação de ajuse da decisão aravés de um novo pedido à políica operaiva. Nese pono do processo, são fornecidas informações sobre o inervalo para a políica operaiva, somadas a um dealhameno do esado infacível que a decisão ex-ane provocou. A políica pode, enão, modificar suas decisões de forma a maner a facibilidade e consisência do sisema no insane de simulação. Como pode-se noar na descrição anerior, o modelo de simulação concenra-se, principalmene, na operação de um conjuno de usinas hidreléricas durane um deerminado período de empo, repeido ese procedimeno para cada um dos inervalos de empo definidos no horizone de esudo. Uma vez obido o bloco de geração hidráulica, o simulador delega ao sisema ermelérico a arefa de aendimeno do mercado em complemenação ao parque hidrelérico. 2.3. Formulação Maemáica A aplicação de uma decisão baseia-se no cálculo do balanço de massa de água dos reservaórios, chamado de balanço hidráulico. Nesse cálculo deve-se considerar os dados que aumenam o armazenameno, como por exemplo, a vazão incremenal, e os dados que reduzem armazenameno, como as perdas por evaporação. Ouras variáveis são raadas nessa eapa, como, por exemplo, a consula à lei de manobra das comporas do veredouro. Ao final, o cálculo verifica se exise violação de alguma das resrições operaivas descrias aneriormene, corrigindo evenuais problemas de facibilidade das variáveis de esado. Para faciliar o enendimeno desse cálculo, pode-se represenar os eságios de operação de cada usina, a cada inervalo de empo, como uma rede de nós e arcos. A equação de equilíbrio de fluxos de cada nó represena a equação de balanço de água necessária à aplicação da decisão (Figura 3). As resrições de limies para as variáveis de volume e defluência são represenadas pelas canalizações imposas aos arcos da rede. x i,-1 ev i, y i, q i, i, k Ω i v i, f ) ( u k, v x i, uc i, Figura 3. Represenação da equação de balanço hidráulico a parir da definição do nó da rede.
As variáveis de evaporação e uso consunivo podem ser habiliadas conforme o ineresse do usuário. Normalmene, em horizones de curo prazo, cosuma-se desprezar o efeio de evaporação da água armazenada nos reservaórios. A equação de balanço, enão, pode ser escria como: x i, = x i, 1 + yi, + k Ω i f u 10 ( qi, + vi, + evi, + uci, ) 6 ( k, v ) (1) onde: i,: respecivo à operação de i no inervalo. x i, : volume final (inervalo) da usina [hm³]; x i,-1 : volume inicial da usina [hm³]; y i, : vazão incremenal afluene [m³/s]; Ω i : conjuno das usinas imediaamene a monane da usina i; q i, : vazão urbinada [m³/s]; v i, : vazão verida [m³/s]; ev i, : evaporação do reservaório [m³/s]; uc i, : uso consunivo do reservaório [m³/s]; : amanho do inervalo [s]. A divisão por 10 6 se deve à conversão de unidades enre m³/s (vazões) e hm³ (volume absoluo). O modelo de rouing (ranslação e amorecimeno de vazões) é represenado pela parcela: k Ω i f (, ) [m³/s] (2) u k v na qual faz-se referência a um somaório de uma função f(.) aplicada nas vazões defluenes das usinas imediaamene a monane da usina i. Escreve-se o processo de ranslação e amorecimeno de vazões como uma função f(.) da vazão defluene da usina de monane k, em v inervalos de empo passados. As demais resrições de operação são iguais as apresenadas no modelo de simulação da operação hidrelérica. 2.4. Técnica de Solução Assim como foi projeado para o simulador de longo prazo (Hydro LP), os processos de implemenação e decisão esão separados no modelo maemáico e na implemenação compuacional, podendo-se apresenar, separadamene, os processos de cálculo das respecivas arefas. O modelo de simulação rabalha, principalmene, com a operação de um conjuno de usinas hidreléricas durane um deerminado período de empo, no senido de monane para jusane na cascaa, sendo esse processo repeido para cada um dos inervalos definidos no horizone de esudo. A esruura do algorimo descria nese relaório é comparilhada por ambos os simuladores Hydro LP e Hydro CP. 2.5. Políicas Operacionais De acordo com o funcionameno do simulador, a políica operacional do sisema em a responsabilidade de decidir a maneira pelo qual o sisema gerador irá se comporar em um deerminado inervalo. O simulador solicia uma decisão a cada inervalo do horizone de simulação. Em ermos das variáveis apresenadas para o problema de operação hidráulica de reservaórios, uma decisão de operação consise nos valores de vazão urbinada e de vazão verida de cada usina em cada inervalo de empo. De posse da decisão de urbinagem e verimeno, o módulo denominado implemenador efeua o balanço hidráulico e leva o sisema gerador para um novo esado de armazenameno. Além disso, confere-se a consisência da decisão verificando se o novo esado do sisema é facível e se alguma resrições de operação do sisema foi violada.
As políicas diferem enre si, preferencialmene, pela forma como esas deerminam as decisões de vazão urbinada e verida. Normalmene, essa decisão é omada levando-se em cona um objeivo que acaba por caracerizar o comporameno da políica operacional. No próximo iem é apresenada a políica operacional de curo prazo implemenada no modelo. Geração ou Vazão Defluene Por Usina A primeira políica a ser implemenada para o módulo Hydro CP será aquela que possui uma mea de geração e/ou defluência hidrelérica prédefinida para cada usina. Essa políica pode ser considerada uma regra abera de simulação da operação de sisemas hidreléricos, uma vez que o usuário em a liberdade de deerminar um programa de geração para as usinas, ou aé um programa de vazões defluenes. Assim como foi feio para as políicas do simulador Hydro LP, é ineressane analisar a relação de conrole versus compromeimeno dessa políica operacional. A deerminação das rajeórias de geração hidrelérica ou vazão defluene aproxima o usuário da decisão final passada ao implemenador embuido no modelo Hydro. Isso pode ser enendido como um grau elevado de conrole disponível nessa políica. Por ouro lado, o usuário em a responsabilidade de fornecer rajeórias facíveis que propiciem a obenção de um resulado que respeie o conjuno de resrições do problema de simulação. Iso cria uma relação de compromeimeno com a qualidade das decisões fornecidas como dados de enrada. Para usuários com conhecimeno sobre o problema de operação hidráulica, esa políica pode se ornar uma ferramena que reproduz com fidelidade a experiência do usuário. Para usuários inicianes no problema de simulação hidrelérica, essa políica orna-se uma ferramena de aprendizagem da relação decisões/resulados, uma vez que ela exige como enrada rajeórias de variáveis muio próximas às decisões que serão fornecidas ao módulo implemenador. Uma vez esclarecida as premissas dessa políica com decisões de geração ou vazão defluene de cada usina, pare-se para o dealhameno do processo de decisão enconrado inernamene no procedimeno de omadas de decisão dessa políica (Figura 4). / Corrigir gh Início 1 Preparar Dados x 1 y f ( uk, v ) k Ω i gh = 0 u > 0 Decisão 3 4 hl Calcular ηg p Corrigir u gh p < ε x < x Corrigir q, v 5 7 2 Cálculo Balanço 6 Volume Final q, v Fim n q = q v = u q x > x Calcular q = max( u v, q) / q > q Nível Limie Corrigir u Figura 4. Esquema do processo de decisão de geração hidrelérica e/ou vazões defluenes predeerminadas. A descrição das variáveis esá baseada no modelo maemáico adoado para o sisema gerador. Faz-se, a seguir, uma descrição das várias eapas do processo de decisão apresenado na Figura 4. Para uma deerminada usina e um inervalo de empo, o procedimeno de decisão pode ser descrio como se segue. 1. Preparar Dados: nessa eapa, a políica exige do simulador os dados de armazenameno no início do inervalo, a vazão incremenal (esse valor pode er origem em um modelo de previsão de vazões), a soma das vazões defluenes das usinas de monane,
considerando-se o efeio de rouing, e o número de máquinas disponível no inervalo. 2. Verificar Decisão: nessa eapa, faz-se um ese para verificar qual foi a decisão fornecida para o inervalo : geração hidrelérica (gh 0) ou defluência (u > 0). Exise ainda a opção de se definir um valor de verimeno mínimo a ser descarregado. 3. Decisão Geração: se a decisão for de geração, procede-se um cálculo ieraivo que deermina as vazões urbinada e verida para que se ainja a mea de geração deerminada. Esse cálculo, para um inervalo, é ieraivo enre as variáveis de geração, vazão urbinada, volume final, rendimeno dos conjunos urbina/gerador e número de máquinas disponível. No caso de não ser possível deerminar a vazão defluene (idenificado pelo símbolo / ) que ainja a mea de geração hidrelérica, o sisema corrige a mea de geração e emie um alarme para que o usuário seja informado do problema em sua rajeória de decisões. 4. Decisão Defluência: se a decisão for de vazão defluene, procede-se um cálculo simples que em por objeivo separar a vazão defluene em suas componenes de vazão urbinada e vazão verida. O cálculo é feio uilizando-se o engolimeno máximo das máquinas para o esado de armazenameno do inervalo. No caso da mea de defluência desrespeiar alguma resrição física de operação (defluência mínima, por exemplo), o sisema corrige a mea de defluência e emie um alarme para que o usuário seja informado do problema em sua rajeória de decisões. 5. Balanço Hidráulico: uma vez deerminada as decisões de vazão urbinada e verida, parese para o cálculo do balanço hidráulico e para o preenchimeno das diversas variáveis que consiuem a descrição do esado de operação da usina (volume armazenado final, coas do nível d água de monane e jusane, aluras de queda brua e líquida, rendimeno das máquinas, manobra de comporas, geração hidrelérica e vazão defluene). 6. Tese do Volume Final: no final do processo, verifica-se o volume final de armazenameno. Se esse esiver abaixo do limie mínimo de operação, corrige-se a vazão defluene. Se o volume ulrapassar o limie máximo (operacional ou volume de espera), procede-se a operação de nível limie do reservaório, conforme algorimo ilusrado na Figura 5. 7. Final: por fim, obém-se os valores de vazão urbinada e verida que respeie as resrições de operação hidrelérica e que aenda as meas predeerminadas pelo usuário. 2.6. Conrole Auomáico para Cheias Caso o volume final do inervalo seja superior ao limie máximo, que pode represenar um limie fixado de esudos de conrole de cheia, pare-se para a operação de nível limie do reservaório. Na Figura 5, apresena-se um esquema que ilusra os vários passos dese procedimeno. A descrição desses passos foi definida como se segue. Tese 1. Se o volume final enconrado for maior que o volume limie, é calculada uma defluência que aenda o volume limie. Tese 2. Se a defluência necessária não ulrapassar a resrição de defluência máxima, é emiido um alarme volume limie aingido e é processada a eapa final. Se a defluência necessária ulrapassar a resrição de defluência máxima, o sisema calcula um volume que aenda resrição de defluência máxima. Tese 3. Se o volume enconrado não superar o volume máximo operaivo é emiido um alarme volume limie violado e é processada a eapa
1 final. Se o volume enconrado superar o volume máximo operaivo, o sisema calcula uma vazão defluene que aenda ao volume máximo operaivo. início m x > x 2 Calcule u al que x = x m r u > u Calcule x al que u = u r Por fim, ao final dos cálculos envolvendo o volume limie e os alarmes que por venura foram lançados, o procedimeno ermina com a obenção do valor da vazão defluene, decomposa em suas componenes de vazão urbinada e de vazão verida, que aene as resrições e meas imposas no esudo de simulação. 3 x > x Calcule u al que x = x 3. ESTUDO DE CASO 4 v > v ( h m ) Calcule x al que v = v( h m ) O simulador Hydro CP é um módulo que se inegra ao Sisema de Supore à Decisão (SSD) x m aingido x m violado r u violado 5 max x > x para o planejameno e a programação da operação de sisemas hidroérmicos, denominado HydroLab (Cicogna, 2003). O sisema HydroLab possui caracerísicas imporanes referenes ao Nível Mea x m aendido u, q, v x violado gerenciameno de modelos e esudos, conforme os seguines iens: Fim Gerenciameno de usuários, perfis e segurança; Figura 5. Esquema do processo de operação do reservaório para aendimeno de nível mea. Tese 4. Se o verimeno necessário for inferior à capacidade oal de verimeno é emiido um alarme defluência de resrição violada e é processada a eapa final. Se o verimeno necessário for superior à capacidade oal de verimeno, o sisema esabelece um verimeno igual à capacidade máxima de verimeno e calcula o volume correspondene. Tese 5. Se com o verimeno igual à capacidade oal de verimeno o volume final for inferior ou igual ao volume máximo maximorum é emiido um alarme defluência de resrição violada e volume máximo operaivo violado e é processada a eapa final. Se o nível máximo maximorum for aingido e a afluência superar a capacidade oal de defluência da usina, é emiido um alarme galgameno da barragem e o processameno é inerrompido sem apresenar resulado. Gerenciameno de vários modelos divididos em caegorias: oimização, previsão e simulação; Inerface com ouros sisemas e base de dados; Inerface orienada a esudos: possibilidade de criar, salvar, ediar e analisar esudos criados a parir dos modelos disponíveis. Um exemplo do SSD HydroLab apresenando o módulo de simulação de curo prazo Hydro CP pode ser visualizado na Figura 6. Figura 6. Sisema HydroLab e seu módulo Hydro CP.
3.1. Enrada de Dados A enrada de dados para um esudo de simulação é simples e pode ser deerminada pelos seguines passos: a) Escolha do conjuno de usinas hidreléricas, reservaórios e ponos de conrole a serem simulados. b) Deerminação da políica operaiva, ou seja, a forma com que as usinas e reservaórios devem operar. Pode-se especificar uma programação de geração ou defluências, conforme as necessidades do usuário. c) Fornecer um cenário de vazões incremenais afluenes para o horizone de simulação (para a DEIGP são os valores verificados ou a previsão de afluências aravés do modelo SMAP, Lopes e al. 1982). d) Configurar os níveis iniciais dos reservaórios, volumes de espera e programação do despacho de máquinas (Arce, Ohishi e Soares, 2002). Os dados esáicos das usinas, reservaórios e ponos de conrole são gerenciados por uma base de dados própria do sisema HydroLab, denominada HydroDaa. Exise, ambém, a opção de conecar o simulador à base de dados dinâmicos da empresa cliene, como é o caso implemenado na DEIGP, ornando auomáico o preenchimeno dos dados relacionados aneriormene. Na DEIGP as informações acima são armazenadas em um banco de dados em plaaforma MS SQL Server. O Hydro CP possui um módulo de leiura dessa base o que permie a criação auomáica de esudos de simulação, ou seja, odos os dados necessários ao processo de simulação são ransporados auomaicamene para o simulador. Essa caracerísica raz um alo grau de agilidade aos usuários nos esudos de planejameno e operação em empo real, disponibilizando mais empo para a análise de resulados. Figura 7. Enrada de dados de geração e verimeno. Para o Passo b), cabe salienar uma caracerísica muio imporane do simulador, que facilia muio seu uso pelos engenheiros da DEIGP. Pode-se fornecer a programação de geração e, se necessário, a evolução do verimeno para cada usina. O simulador deermina a programação de vazões defluenes, segundo um crierioso cálculo hidráulico. Caso algum problema ocorra, como a violação de alguma resrição, o simulador corrige ais problemas, fornecendo ao usuário uma solução validada hidraulicamene. Além disso, é possível fornecer uma programação de vazões defluenes. O simulador deermina a rajeória de geração hidrelérica aé o engolimeno máximo da usina ornando mínimo o verimeno. 3.2. Análise dos Resulados O Hydro CP possui uma grande coleção de ferramenas gráficas para a análise da operação hidráulica dos reservaórios e vazões de em posos de conrole. Essas ferramenas são baseadas em gráficos com ala capacidade de ilusração dos dealhes operaivos deerminados pelo simulador. Os gráficos podem ser criados como janelas fluuanes sobre a inerface, o que facilia a comparação de caegorias de dados (vazões e coas, por exemplo). Os resulados ambém possuem uma apresenação em forma numérica, organizados em abelas, para a análise dealhada do comporameno das variáveis
operaivas manipuladas pelo simulador. Esses dados podem ser exporados para arquivos, seguindo os padrões exisenes na empresa. Figura 8. Recursos gráficos para análise dos resulados. Pode-se desacar a apresenação das seguines rajeórias, conforme ilusração da Figura 8: Armazenameno, limie máximo do reservaório e volume de espera; Vazões afluene, defluene, urbinada, limie máximo de engolimeno e resrição de defluência mínima; Geração programada, simulada e seu limie máximo como função da disponibilidade, rendimeno e engolimeno máximo das máquinas; Número de máquinas em operação, disponibilidade como função da programação de manuenção das máquinas e resrição de número mínimo de máquinas sincronizadas; Rendimeno dos conjunos Turbina/Gerador e a produividade da usina. O Hydro CP possui, ainda, inerfaces de comunicação de dados com ouros aplicaivos exisenes nas eapas de programação e operação em empo real. Cia-se como exemplo a exporação de dados de programação no formao PDPm do ONS, faciliando a ranferência dos dados de programação validados para as ferramenas do ONS. CONCLUSÕES Esse rabalho apresenou um sisema de simulação da operação hidráulica de reservaórios. O modelo é basane dealhado represenando várias resrições operaivas enconradas nas eapas de Programação da Operação, Operação em Tempo Real e para as arefas de validação da Análise de Pós-operação dos sisemas geradores. A implemenação compuacional é moderna e raz consigo um grande desempenho em ermos de empo de processameno, o que orna o simulador uma ferramena ágil nas eapas de omadas de decisão. Algumas ilusrações foram feias baseadas na experiência da Duke Energy Inernaional, Geração Paranapanema demonsrando a efeiva viabilidade de uso do simulador para o planejameno e operação do sisema gerador localizado no Rio Paranapanema. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ARCE, A. S. Um Modelo de Oimização do Despacho de Máquinas em Usinas Hidreléricas. Disseração de Mesrado. FEEC/UNICAMP, nov. 1999. 2. ARCE, A. S., OHISHI T., SOARES S. Opimal Dispach of Generaing unis of he Iaipu Hydroelecric Plan. IEEE Transacions on Power Sysems, 2002. 3. CICOGNA M. A. Um Sisema de Supore à Decisão para a Operação de Sisemas de Energia Elérica. Tese de Douorado. FEEC/UNICAMP, dezembro, 2003. 4. CICOGNA, M. A. e SOARES, S. Modelo de Planejameno da Operação Energéica de Sisemas Hidroérmicos Orienado por Objeos. Anais do XIII SBRH - pósio Brasileiro de Recursos Hídricos, Belo Horizone, dez. 1999. 5. LOPES J.E.G., BRAGA B.P.F., CONEJO J.G.L., SMAP - A plified Hydrological Model, Applied Modeling in Cachmen Hydrology, ed. V.P.Singh, Waer Resourses Publicaions, 1982.