Clustered unit commitment applied to the brazilian hydrothermal power system

Abstract

A alocação de unidades geradoras é um problema de otimização bem conhecido na área de planejamento da operação de sistemas de energia elétrica. Neste problema, o objetivo consiste em minimizar o custo operacional de geração baseando-se no estado de operação (ligado/desligado) e o nível de potência despachado de cada unidade geradora do sistema ao longo de um horizonte de tempo. Os novos requisitos do DESSEM (Modelo de Despacho Hidrotérmico de Curto Prazo) definem que a alocação da geração deve entregar um cronograma de despacho termelétrico semanal, com discretização semi-horária no primeiro dia. O modelo clássico de alocação conta com variáveis binárias indicando o estado ligado/desligado de cada máquina leva um tempo significativo para ser executado em sistemas com muitas usinas geradoras. Como o DESSEM será executado diariamente, o modelo clássico pode não ser a melhor opção, em virtude da dimensionalidade envolvida no caso Brasileiro. Assim, para amenizar o esforço computacional, esta dissertação sugere o agrupamento de unidades similares em um mesmo grupo, que é representado por uma variável inteira. Visto que a metodologia de agrupamento traz alguns erros inerentes que podem levar a uma solução inviável, esta dissertação também avalia uma solução mista em que ambas a metodologia de agrupamento e a clássica são utilizadas, uma seguida pela outra, usando o resultado do método de agrupamento como entrada no método clássico, fornecendo assim uma solução viável para o despacho da geração.

Abstract: The unit commitment is a well-known optimization problem in power-system operation planning. It consists in minimizing the operational costs for power generation based on the operational status (on/off) and the power released from generating units in a given time horizon. The new requirements from DESSEM (Short Term Hydrothermal Dispatch Model) in Brazil demands the hydrothermal power unit commitment shall deliver a week-ahead schedule with hourly discretization. The classic individual unit commitment (IUC) with binary variables indicating the on/off operational state of each machine takes a significant amount of time to be executed in complex systems, with several generating units. As the DESSEM model will be executed in a daily basis, the classic IUC model may not be an option given the complexity from Brazilian power system. Thus, to save processing time, this thesis suggests the clustered unit commitment (CUC) to gather similar units into a cluster, using an integer to represent the units. Given the CUC methodology brings a few inherent errors that may lead to a non-feasible solution, this thesis also evaluates a mixed-solution in which both CUC and IUC models are used, one followed by the other, using the CUC result as an input in the IUC model, resulting in a feasible solution for the unit commitment.