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Thèse de Doctorat
DOI
https://doi.org/10.11606/T.3.2020.tde-17122020-093701
Document
Auteur
Nom complet
Marcio Andrey Roselli
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2020
Directeur
Jury
Gimenes, André Luiz Veiga (Président)
David, Solange Mendes Geraldo Ragazi
Ramos, Dorel Soares
Rego, Erik Eduardo
Silva, Elisa Bastos
Titre en portugais
Modelo locacional dinâmico para tarifas de uso dos sistemas de distribuição.
Mots-clés en portugais
Distribuição de energia elétrica
Eletricidade
Serviço público
Tarifas públicas
Resumé en portugais
As bases teóricas do atual modelo de estrutura tarifária brasileira foram definidas na década de 1980, juntamente com aspectos práticos delineados pelo estágio de desenvolvimento da tecnologia da informação, medição e aquisição de dados da rede de distribuição. Como resultado aplicamos um modelo reduzido, com variáveis exógenas sintetizadas, que resulta em um custo marginal de capacidade médio para toda a área de concessão e análises agregadas. Além da evolução da tecnologia da informação, com a constituição de big data da medição, internet das coisas, computação na nuvem, entre outras, observa-se a mudança do próprio paradigma da carga, o consumidor antes passivo agora pode gerar e armazenar sua própria energia, investindo na distribuição. Ainda existe a perspectiva de penetração da recarga de veículos elétricos e aumento da velocidade de comunicação, que tende a tornar a carga mais responsiva ao sinal de preços. Nessa senda, é necessário novo modelo de estrutura tarifária, compatibilizando-o ao atual estágio de desenvolvimento da tecnologia da informação e novos paradigmas da distribuição. Para tanto, o modelo proposto parte de princípios tarifários para aprimorar o critério de preço de ponta (peak load pricing) e da responsabilidade de cada consumidor em sua constituição. Ademais, o modelo proposto é pautado na reduzida intervenção de especialistas no processo de cálculo, devido ao grande volume de dados, velocidade de incremento dos bancos de dados por meio da medição inteligente e sistemas georreferenciados, além da veracidade e valor da informação utilizada no cálculo tarifário. É definido Modelo Locacional Dinâmico para Tarifas de Uso dos Sistemas de Distribuição, com abordagem de custos de longo prazo, utilizando conceitos de limite de operação de equipamentos e de perdas associadas à máxima capacidade. As tarifas locacionais são calculadas para cada uma das cerca de 150 mil unidades consumidoras de área de concessão, para cada hora do dia. Para tanto, é necessário a construção de modelo utilizando Redes Neurais Artificiais, para previsão de carga diária de cada unidade consumidora, tendo como entradas, dados de temperatura, dia da semana e amostras de curvas de carga. O modelo viabiliza estudos para cenário futuro, que contará com a aquisição em tempo real da carga populacional por meio de centro de medidores inteligentes. A Tese parte de princípios de aplicação de tarifas, de modo a considerar um modelo de cálculo tarifário robusto, eficiente e que pode ser aplicado em tempo real, compatível com a evolução da comunicação entre consumidores e operação do sistema, além do aumento da responsividade da carga. Ademais, o modelo pode ser utilizado como "laboratório tarifário", em análises de novas modalidades tarifárias, uma vez que aplica a menor granularidade temporal e locacional. Dessa forma, é capaz de mensurar e ajustar os custos, minimizando a perda de eficiência econômica, ao tempo em que permite o cotejo com a simplicidade, proporcional à suficiência técnica e econômica de cada classe de consumo. Ao final, utiliza-se o modelo definido para análise de tarifa para a microgeração fotovoltaica e sistemas de armazenamento de energia, aplicadas a todas as unidades consumidoras residenciais da área de concessão objeto do estudo. O modelo proposto compreende a aplicação em novas tecnologias, ao tempo que visa atender os princípios tarifários, que se mostram multidisciplinares, envolvendo aspectos econômicos, sociais e de engenharia.
Titre en anglais
Dynamic locational model for distribution use of system charges.
Mots-clés en anglais
Electric energy distribution
Electricity
Public tariffs
Utilities
Resumé en anglais
In the 1980s, the theoretical bases of the current Brazilian tariff structure model were defined, alongside practical aspects outlined by the development of information technology, distribution network measurement, and data acquisition. Consequently, a reduced model has been applied, with synthesized exogenous variables, resulting in an average marginal cost capacity for the entire concession area and in aggregate analysis. Furthermore, the evolution of information technology through big data, the Internet of Things (IoT), and cloud computing, among others, has enabled a change in the load paradigm. Previously passive consumers are now able to generate and store their own energy, in addition to investing in a grid. There is also the penetration of chargeable electric vehicles, reduced costs, and increased communication speed, which tends to make the charge more responsive to the price signal. Thus, it is necessary to design a new tariff structure model, making it compatible with the current stage of information technology development and new grid paradigms. Therefore, the proposed model is based on tariff principles that seek to improve peak load pricing criteria and the responsibility of each consumer in its implementation. Also, specialists have reduced intervention in the calculation process due to the large data volume, incrementing the database speed through intelligent measurement and georeferenced systems, in addition to accuracy of the information and values used in the tariff calculation. Thus, this Thesis presents a Dynamic Locational Model for distribution use of system charges, with a long-term cost approach, using concepts of equipment operation limits and losses associated with the maximum capacity. The tariff is calculated for every 150,000 consumer units for each hour of the day. Therefore, it is necessary to define a model using Artificial Neural Networks to design a consumer unit-based daily load profile, using temperature data, weekdays, and load profile samples as inputs. The model enables studies for a future scenario, which will include the acquisition of real-time smart meter centers. The Thesis starts with tariff application principles to consider a robust, efficient and viable tariff calculation model applied in the real-time process, compatible with the evolution of communication between consumers and an increase in load responsiveness. Furthermore, the model can be used as a "tariff laboratory" in the new tariff mode analysis, as it applies the least temporal and locational granularity. Thus, it is able to measure and adjust costs to minimize economic efficiency loss, comparing them with simplicity proportional to the technical and economic sufficiency of each consumption class. Therefore, a tariff analysis model for photovoltaic microgeneration and energy storage systems is defined, for application in all residential consumer units of each concession area under study. The proposed model comprises the application in new technologies while aiming to meet multidisciplinary tariff principles, involving economic, social and engineering aspects.
 
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Date de Publication
2020-12-17
 
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