Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Teses
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Tipo: Tese
Título: Previsão do tempo de parada para decantação de sedimentos e limpeza das grades de proteção das unidades geradoras em usinas hidrelétricas utilizando modelos ocultos de Markov e redes bayesianas
Autor(es): PRADO JÚNIOR, Lênio Oliveira
Primeiro Orientador: BASTOS, Guilherme Sousa
metadata.dc.contributor.advisor-co1: BORTONI, Edson da Costa
Resumo: Usinas hidrelétricas instaladas na bacia Amazônica são influenciadas negativamente pelo transporte de troncos e sedimentos trazidos pelo leito do rio. Todo o material transportado se acumula nas grades de proteção, que são instaladas nas tomadas d’água das unidades geradores para prevenir a entrada desse material e evitar danos nas turbinas, o que resultaria em prejuízos econômicos. O acúmulo de material nas grades de proteção reduz a queda d’água, e consequentemente a vazão disponível para geração, o que resulta em perdas de carga, impedindo que a unidade de geração seja capaz de operar a plena capacidade. O problema apresentado ocorre na usina hidrelétrica de Jirau, que está situada no Rio Madeira e possui 50 unidades de geração, cada uma com o potencial de geração de 75MW a plena capacidade. Esta usina opera a fio d’água, o que significa que não há um reservatório para armazenamento da água do rio, sendo assim, todo o recurso hídrico deve ser utilizado quando disponível. O fato de ser uma usina a fio d’água, juntamente com o problema de transporte de troncos e sedimentos, traz desafios à operação, pois os sedimentos que se acumulam nas grades de proteção e consequentemente reduzem o potencial de geração requerem o desligamento total das unidades geradoras para que a sujeira acumulada possa decantar, possibilitando assim a retomada da queda d’água, e consequentemente a vazão disponível para geração. A grande quantidade de unidades de geração, juntamente com o fato de que a disposição desses equipamentos em posições diferentes do rio altera o perfil de acúmulo de sedimentos, dificulta a definição de regras que definam qual o tempo necessário de parada de cada unidade para decantação da sujeira e retomada da geração a plena capacidade. Neste cenário, ao invés de contar apenas com a experiência dos operadores, a elaboração de métodos eficientes que sejam capazes de determinar o tempo ideal que cada unidade geradora deve permanecer parada se torna essencial. Neste trabalho são propostos modelos de previsão utilizando Redes Bayesianas e Modelos Ocultos de Markov para estimar o tempo de parada necessário para decantação da sujeira de cada unidade de geração, de modo que esta possa ser utilizada novamente o mais rápido possível. Também são utilizadas técnicas de Big Data e Analytics para coletar e processar o grande volume de dados existentes na usina hidrelétrica. Os resultados obtidos demonstram que os modelos desenvolvidos foram capazes de inferir de modo satisfatório o tempo necessário para decantação dos sedimentos. O modelo resultante possibilita a consulta de informações utilizando várias informações, dentre elas o nível de obstrução no momento da parada de uma unidade, qual o nível de obstrução no momento da retomada, se haviam unidades vizinhas operando e em qual faixa de potência.
Abstract: Hydropower plants installed in the Amazon basin are negatively influenced by transporting logs and sediments from the river bed. All transported material accumulates in the protection grids, which are installed in the water intake of the generating units to prevent the entry of this material and avoid damage to the turbines, which would result in economic losses. The accumulation of material on the protection grids reduces the water drop and, consequently, the flow available for generation, which results in load losses, preventing the generation unit from operating at full capacity. The presented problem occurs at the Jirau hydropower plant, located on the Madeira River and has 50 generation units, each with the potential to generate 75MW at total capacity. This plant operates on a run-of-river basis, meaning there is no reservoir for water storage. Therefore, all water resources must be used when available. The fact that it operates on a run-of-river, together with the problem of transporting logs and sediments, brings challenges to the operation of the plant, as the sediments that accumulate in the protection grids and consequently reduce the generation potential require the complete shutdown of the generating units so that the accumulated dirt can decant, thus enabling the resumption of the waterfall, and consequently the flow available for generation. A large number of generation units and the different location dispositions of equipment in the river alter the sediment accumulation profile, making it difficult to define rules that define the necessary stoppage time for each unit to decant the dirt and restart generation at total capacity. In this scenario, instead of relying only on the experience of operators, developing efficient methods capable of determining the ideal stoppage time for each generation unit becomes essential. In this work, prediction models using Bayesian Networks and Hidden Markov Models are proposed to estimate the downtime required for decanting the dirt from each generation unit so that it can be used again for generation in the shortest possible time. Big Data and Analytics techniques are also used to collect and process the large volume of data existing at the hydroelectric plant. The results demonstrate that the developed models could satisfactorily infer the time required for sediment decantation. The resulting model makes it possible to query information using various information, including the obstruction level when a unit stops, the obstruction level at restart time, whether neighboring units are operating, and in which power range.
Palavras-chave: Big data analytics
Usinas hidrelétricas
Estados operacionais de unidades geradoras
Modelos gráficos probabilísticos
Redes bayesianas
Modelos Ocultos de Markov.
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELÉTRICA::SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: IESTI - Instituto de Engenharia de Sistemas e Tecnologia da Informação
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Elétrica
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3987
Data do documento: 14-Dez-2023
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