[en] A BUSINESS-ORIENTED OPTIMIZATION MODEL FOR LOW VOLTAGE VIRTUAL POWER PLANTS INTEGRATING ECONOMIC ASPECTS AND ANCILLARY SERVICES VIA MINLP

[pt] UM MODELO DE OTIMIZAÇÃO ORIENTADO A NEGÓCIOS PARA USINAS VIRTUAIS DE BAIXA TENSÃO INTEGRANDO ASPECTOS ECONÔMICOS E SERVIÇOS ANCILARES ATRAVÉS DE MINLP

[pt] ARTHUR MASSARI FILHO

[pt] GERACAO DISTRIBUIDA

[pt] MODELO DE OTIMIZACAO NAO LINEAR INTEIRA MISTA

[pt] USINA VIRTUAL

[pt] RECURSO ENERGETICO DISTRIBUIDO

[pt] SISTEMA DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA EM BATERIAS

[en] DISTRIBUTED GENERATION

[en] MIXED INTEGER NONLINEAR OPTIMIZATION MODEL

[en] VIRTUAL POWER PLANT

[en] DISTRIBUTED ENERGY SOURCE

[en] BATTERY ENERGY STORAGE SYSTEM

[pt] Após a promulgação da lei 14.300/2022 no Brasil, que permitiu a tarifação do uso da rede de distribuição pelos microgeradores e minigeradores, os incentivos comerciais, para a instalação de recursos energéticos distribuídos (REDs), foram reduzidos. Diante dessa realidade, os investidores têm buscado alternativas para compensar essas perdas econômicas. Nesse contexto, essa tese propõe um modelo energia transacional, que incorpora uma Usina Virtual de Energia (UVE), composta por unidades de painéis fotovoltaicos (UFV), baterias e sistemas híbridos (combinação entre painéis e baterias). O objetivo principal é avaliar a coordenação de REDs para fins comerciais, ao mesmo tempo em que aborda questões técnicas relacionadas à rede elétrica, incluindo perdas elétricas, controle de tensão, redução de demanda na subestação e vida útil do e troca do transformador. Esses problemas técnicos são mitigados através do controle otimizado do carregamento/descarregamento de baterias e operação dos inversores dos REDs. A relação entre injeção potência (ativa ou reativa) e os impactos acima mencionados são linearizados para serem incluídos no modelo de Programação Não Linear Inteira Mista. As simulações foram conduzidas usina uma rede real brasileira da Energisa Tocantins e os resultados demonstram a eficácia de aproveitar a flexibilidade da bateria e o controle de potência reativa por meio dos inversores dos REDs para otimizar os resultados econômicos e técnicos. O modelo foi implementado no Python (v3.9.13) usando a Pyomo (v6.4.4), com Gurobi (v10.0.1) como o solucionador e os resultados foram validados usando OpenDSSDirect (v0.7.0).

[en] After the enactment of Law 14,300/2022 in Brazil, which allowed micro and mini generators to be charged for the use of the distribution network, commercial incentives for installing Distributed Energy Resources (DERs) have been significantly reduced. As a result, investors have been seeking alternatives to compensate for these economic losses. In this context, this thesis proposes a transactional energy model that incorporates a Virtual Power Plant (VPP) composed of Photovoltaic (PV), batteries, and hybrid systems (i.e., combinations of PV panels and batteries). The main objective is to assess the efficiency of DERs from a business perspective while addressing technical challenges of distribution networks, including energy losses, voltage regulation, substation peak demand, and transformer lifespan and replacement. These technical issues are mitigated through optimized control of battery charging/discharging and DER inverter operation. The relationships between DER power injections (active and reactive) and the aforementioned network impacts are linearized for inclusion in a Mixed-Integer Nonlinear Programming (MINLP) model. Simulations were conducted using a real Brazilian distribution network from Energisa Tocantins and results demonstrate the effectiveness of leveraging battery flexibility and reactive power control via DER inverters to optimize both economic and technical outcomes. The model was implemented in Python (v3.9.13) using Pyomo (v6.4.4), with Gurobi (v10.0.1) as the solver and results were validated using OpenDSSDirect (v0.7.0).

DELBERIS ARAUJO LIMA

DELBERIS ARAUJO LIMA

OSVALDO RONALD SAAVEDRA MENDEZ

ANDRE MILHORANCE DE CASTRO

RENAN SILVA MACIEL

LUANA MEDEIROS MARANGON LIMA

2026-03-12

2025-09-24

[pt] TEXTO

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INGLÊS

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=75627@1

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=75627@2

https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.75627