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Figura 1 – Telas de Execução da Otimização do Programa FLUPOT

O programa FLUPOT foi desenvolvido pelo Cepel com o objetivo de disponibilizar resultados mais eficientes, inclusive para casos não convergentes ou divergentes em Fluxo de Potência. O método de pontos interiores primal-dual utilizado no programa FLUPOT resolve uma matriz hessiana estendida, incluindo as variáveis de controle, de estado e restrições especiais, sendo capaz de resolver redes bastante estressadas em que a matriz jacobiana de fluxo de potência convencional é singular.

Atualmente, na interface do FLUPOT, se encontram implementadas as Restrições de Segurança, função onde é possível definir um conjunto de contingências que serão levadas em consideração pelo programa. Uma vez definidas as contingências, deve ser selecionado qual tipo de estudo será feito: modo preventivo, modo corretivo ou intermediário. No modo de estudo preventivo, o programa fornece uma solução adequada tanto para o caso base, quanto para as contingências, sem que nenhum controle precise ser alterado do caso base para as contingências. No modo de estudo corretivo, o programa fornece uma solução adequada para o caso base, além da variação necessária dos controles para que o sistema sobreviva a cada contingência. Neste último caso, o programa considera que todos os controles podem ser otimizados do caso base para as contingências. Existe ainda uma opção intermediária em que alguns controles ficam no modo preventivo e os outros, no corretivo.

Devido à flexibilidade na escolha da função objetivo, dos controles e das restrições a serem consideradas, o programa FLUPOT tem sido utilizado em várias aplicações no Sistema Interligado Nacional – SIN. Atualmente, o ONS, entre outras atribuições, executa o Plano de Ampliação e Reforços (PAR), sendo o programa FLUPOT oficialmente utilizado como uma ferramenta computacional para estudos elétricos.

No PAR, o programa FLUPOT é amplamente utilizado para determinar Limites Máximos de Intercâmbio entre regiões do SIN. Para que isso seja calculado, utiliza-se a função objetivo de Máxima Transferência de Potência Ativa para um conjunto de circuitos predefinidos. Essa função de Máxima Transferência é utilizada em conjunto com a função de Mínima Alocação de Fontes de Potência Reativa. Enquanto uma função objetivo maximiza o intercâmbio, a outra função minimiza a alocação de reativos para ajustar as tensões de todo o sistema, viabilizando o caso.

O programa FLUPOT também é muito utilizado nos estudos iniciais da rede, por meio da função objetivo de Mínima Alocação de Shunt Reativo, com a finalidade de ajustar os controles de reativo e manter as tensões nos limites especificados.

A EPE também utiliza o programa FLUPOT, por meio da função objetivo de Controle de Tensão em que as tensões de todas as barras do sistema são ajustadas dentro dos limites preestabelecidos utilizando os recursos de reativos. Caso isso não seja suficiente, o programa indica quais barras selecionadas terão seus limites relaxados.

Figura 2 – Tela de entrada de Dados do Programa FLUPOT

Principais aplicações de uso do programa FLUPOT

  • Minimização de perdas ativas na rede elétrica.
  • Alocação ótima de fontes fixas ou variáveis de Potência Reativa
  • Mínimo Desvio de Geração de Potência Ativa
  • Maximização de Intercâmbio.
  • Minimização de Corte de Carga.
  • Mínimo Despacho de Potência Ativa.
  • Mínimo Número de Controles Alterados.
  • Controle de Tensão.
  • Máximo Carregamento.
  • Otimização Multiobjetivo.
  • Relaxação Lagrangeana.
  • Restrição de Segurança.

Figura 3 – Tela dos Controles do Módulo de Restrição de Segurança do Programa FLUPOT

Figura 4 – Tela de Dados e Resultados – Tabulador das Grandezas – do Programa FLUPOT

Principais métodos matemáticos e computacionais utilizados no programa: 

  • Solução pelo Método de Pontos Interiores Primal-Dual
  • Solução pelo processo de Decomposição de Benders, onde o problema original é decomposto em dois subproblemas
  • Relaxação Lagrangeana para casos de difícil solução
  • Modelagem dos bancos shunts para garantir soluções no processo de otimização
  • Modelagem de Compensador Estático de Reativo (CER), com uma função sigmóide para evitar a singularidade na passagem da região linear para a não linear do equipamento

Artigos sobre o tema

Granville, S., Pereira, M.V.F., Monticelli, A. “An Integrated Methodology for VAr Sources Planning”, IEEE Transactions on Power Systems, 1988

 

Granville, S., Lima M.C.A., “Application of Decomposition Techniques to VAr Planning: Methodological &Computational Aspects” IEEE/PES Transactions on Power Systems, Vol 9, No. 4, November 1994

 

C.C. Gonzaga, “Path- following Method for Linear Programming, SIAM Review, vol 34, No2, 1992

 

Luenberger, D, “Linear and nonlinear Programming” Third Edition, Springer, 2008

 

Granville, “Optimal Reactive Dispatch Trough Interior Point Methods” IEEE Transactions on Power Systems, Vol 9, February 1994

 

C.R.R. Dornellas, A.M. Oliveira, A.C.G. Melo, S. Granville, J.C.O. Melo, J.O. Soto, “The Effects of Local and Optimized Power Flow Control Logic in the Reliability Analysis of Bulk Systems”, IEEE Power Engineering Society, 1999 Winter Meeting, New York.

 

P.M. Ribeiro, L.G. Marzano, J.R.O. Soto, R.B. Prada, A.C.G. Melo, “Methodology to Remunerate the Generation Reserve and the Reactive Power Support as Ancillary Services based on the Benefit Proportioned to the Power Systems” , 2005 IEEE Russia Power Tech

 

Ojeda S. J., Dutt-Ross P.R., Cavalcanti A.J., Guedes D., Leoncio C., Passos Filho J.A.,” Adequação do Programa FLUPOT contemplando as visões do pesquisador e do planejador de Redes Elétricas”, XXIXNPTEE, Florianópolis, SC, 2011

 

Sant´Anna E, Takahata A.Y., Souza A.C.Z., Assis T.M.L., Passos Filho J.A., Schilling M.Th., “Cálculo de Limites de Intercâmbio em Sistemas de Grande Porte através de Ferramentas de Otimização”, XISEPOPE, SP-111, Belém, 2009

 

Sant´Anna E, Takahata A.Y., Souza A.C.Z., Assis T.M.L., Passos Filho J.A., Schilling M.Th., “Evolução Metodológica para obtenção de Limites de Intercâmbio Seguros no Sistema Interligado Nacional”, XXSNPTEE, Recife, 2009

 

Cavalcanti A.J., Pinto M.L., Passos Filho J.A., “Planejamento da Área Leste da Região Nordeste utilizando Algoritmos de Otimização disponíveis no programa FLUPOT desenvolvido pelo CEPEL”, XIX SNPTEE, RJ, 2007

 

Relação dos Sistemas e Modelos Computacionais, Submódulo 18.2, ONS, RJ, Revisão 2020

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