NEWAVE versus ODIN: comparison of stochastic and deterministic models for the long term hydropower scheduling of the interconnected brazilian system

• Published in: Controle & automação : revista da Sociedade Brasileira de Automática 2011-12, Vol.22 (6), p.598-609
• Main Authors: Zambelli, Mônica, Soares Filho, Secundino, Toscano, André Emilio, Santos, Erinaldo dos, Silva Filho, Donato da
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: AUTOMATION & CONTROL SYSTEMS
• ISSN: 0103-1759; 0103-1759
• DOI: 10.1590/S0103-17592011000600005

This paper compares the NEWAVE model, a stochastic dual dynamic programming based approach used in Brazil for the long term hydropower scheduling of the interconnected Brazilian power system, to the ODIN model (Optimal Dispatch for the Interconnected Brazilian National system), a deterministic approach based on model predictive control. The former adopts a composite representation of the hydro system and piecewise linear approximations to make the application of dynamic programming solution technique possible to the Brazilian system. The latter uses a nonlinear optimization algorithm considering predicted future inflows with a detailed representation of the individual power plants. Data from official sources were used to formulate a case study on the monthly operation planning of January 2011 that considers the projected expansion plans up to December 2015. Tests were performed by simulation using 75 historical inflow scenarios. In comparison to the scheduling provided by the stochastic approach, the proposed deterministic one was found to provide a superior performance due to the more efficient use of water resources, leading to a more secure and economic operation. Este artigo compara o modelo NEWAVE, uma abordagem baseada em programação dinâmica dual estocástica usada no Brasil para o planejamento da operação de médio prazo, com o modelo ODIN (Otimização de Despacho Interligado Nacional), uma abordagem determinística baseada em modelo de controle preditivo. A primeira adota uma representação agregada do sistema e aproximações lineares para possibilitar a aplicação da técnica de programação dinâmica ao sistema brasileiro. A última usa um algoritmo de otimização não linear considerando vazões futuras previstas com uma representação detalhada das usinas individualmente. Dados de fontes oficiais foram usados para formular um caso de estudo sobre o planejamento mensal de Janeiro de 2011 que considera os planos de expansão até dezembro de 2015. Os testes foram realizados por simulação utilizando 75 séries históricos de vazões. Em comparação com o planejamento fornecido pela abordagem estocástica em vigor, a abordagem determinística proposta apresentou desempenho superior devido ao uso mais eficiente dos recursos hídricos, levando a uma operação mais segura e econômica.