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dc.contributor.advisorAndrade, Rafael Castro de-
dc.contributor.authorSilva, Antônio Geovane Cavalcante da-
dc.date.accessioned2025-07-04T14:03:46Z-
dc.date.available2025-07-04T14:03:46Z-
dc.date.issued2025-
dc.identifier.citationSILVA, Antônio Geovane Cavalcante da. Modelagem e otimização de redes elétricas de transmissão visando o balanço de potência via teoria espectral de grafos. 2025. 56 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufc.br/handle/riufc/81473-
dc.description.abstractElectricity is essential for human development, directly impacting key sectors such as education, healthcare, transportation, and industry. However, the increasing integration of renewable sources, such as wind and solar power, has made power system management increasingly complex, requiring robust infrastructure to ensure stability and prevent supply interruptions. In this work, we propose a new approach to the load balancing problem in transmission networks, using tools from spectral graph theory to explore the network topology and analyze the active power distribution in transmission lines. By linearizing the power flow equations and analyzing the network’s Laplacian matrix, it is possible to identify critical lines and optimize the power flow more efficiently. To achieve this, we apply a mathematical method based on the Karush-KuhnTucker (KKT) conditions, solving the original problem from the literature through elementary matrix operations. This strategy significantly reduces the computational time required to solve adapted IEEE test instances for the load balancing problem, with a computation time of less than 0.5 seconds for a 2383-node network. Furthermore, we develop an original linear mathematical model that promotes a more balanced load distribution by minimizing the maximum power in the lines, unlike the conventional approach of minimizing the squared norm of power flows. As a result, for the IEEE 2383 node network, we achieved an approximately 23% reduction in the maximum line power, along with significant gains in computational performance. Furthermore, the proposed model incorporates operational constraints such as power limits on the lines and power generation on the generator units, enabling a formulation that better aligns with real-world power system conditions. The new model also facilitates automated monitoring of critical lines operating above acceptable risk thresholds of their nominal capacities, helping identify network segments requiring investment. Consequently, this work enables new approaches to modernize the electrical infrastructure, improve operational efficiency, and support the imminent integration of renewable energy sources into the transmission system, with positive impacts on the reliability and performance of the grid.pt_BR
dc.language.isopt_BRpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.titleModelagem e otimização de redes elétricas de transmissão visando o balanço de potência via teoria espectral de grafospt_BR
dc.typeDissertaçãopt_BR
dc.contributor.co-advisorKnippel, Arnaud-
dc.description.abstract-ptbrA eletricidade é essencial para o desenvolvimento humano, impactando diretamente setores fundamentais como educação, saúde, transporte e indústria. No entanto, a crescente integração de fontes renováveis, como a energia eólica e a solar, tem tornado a gestão do sistema elétrico cada vez mais complexa, exigindo uma infraestrutura robusta para garantir a estabilidade e evitar interrupções no fornecimento. Neste trabalho, propomos uma nova abordagem para o problema de balanço de carga em redes de transmissão, utilizando ferramentas da teoria espectral de grafos para explorar a topologia da rede e analisar a distribuição de potência ativa nas linhas de transmissão. A partir da linearização das equações de fluxo de carga e da análise da matriz laplaciana da rede, é possível identificar linhas críticas e otimizar o fluxo de potência de maneira mais eficiente. Para isso, aplicamos um método matemático baseado nas condições de Karush-Kuhn-Tucker (KKT), resolvendo o problema original da literatura por meio de operações elementares de matrizes. Essa estratégia resulta em uma significativa redução do tempo computacional necessário para resolver instâncias IEEE adaptadas para testes específicos do problema de balanço de carga, com tempo de cálculo inferior a 0,5 segundo para uma rede de 2383 nós. Desenvolvemos, ainda, um modelo matemático linear original que promove um balanço de carga mais equilibrado, minimizando a potência máxima nas linhas, diferente do usual que minimiza o quadrado da norma das potências. Como resultado, para a rede IEEE de 2383 nós, obtivemos uma redução de aproximadamente 23% na potência máxima nas linhas, além de ganhos expressivos em desempenho computacional. Adicionalmente, o modelo proposto incorpora restrições operacionais como limites de potência nas linhas e de geração nas unidades geradoras, possibilitando uma formulação mais aderente à realidade dos sistemas elétricos. O novo modelo também viabiliza o monitoramento automatizado de linhas críticas que operem acima de limites aceitáveis de risco de suas capacidades nominais, contribuindo para a identificação de pontos da rede que requerem investimentos. Consequentemente, este trabalho possibilita novas abordagens para a modernização da infraestrutura elétrica, promovendo maior eficiência operacional e visando a iminente integração de fontes renováveis ao sistema de transmissão, com impactos positivos na confiabilidade e no desempenho da rede elétrica.pt_BR
dc.title.enModeling and optimization of electric transmission networks targeting power balance via spectral graph theorypt_BR
dc.subject.ptbrOtimização matemáticapt_BR
dc.subject.ptbrTeoria espectral de grafospt_BR
dc.subject.ptbrFluxo de potência ótimopt_BR
dc.subject.ptbrRede elétrica de transmissãopt_BR
dc.subject.enMathematical optimizationpt_BR
dc.subject.enGraph spectral theorypt_BR
dc.subject.enOptimal power flowpt_BR
dc.subject.enTransmission power networkpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAOpt_BR
local.author.latteshttp://lattes.cnpq.br/7074569295621511pt_BR
local.advisor.latteshttp://lattes.cnpq.br/7026313596468626pt_BR
local.co-advisor.latteshttp://lattes.cnpq.br/9745501204914142pt_BR
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