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Ingeniero Civil Electricista / La presente memoria tiene como objetivo estructurar la información referente a los métodos de cálculo de la capacidad de transporte de corriente en las líneas de transmisión. Este trabajo se enmarca en el proyecto desarrollado por el Centro de Energía de la Universidad de Chile para Transelec S.A. Este estudio se centra por una parte, en organizar los modelos y sistemas de monitoreo desarrollados a la fecha para la aplicación de la capacidad dinámica en las líneas de transmisión. Por otro lado, se plantea una metodología para la ubicación de dispositivos de monitoreo en tiempo real en una línea, que permite representar con un cierto grado de confiabilidad su capacidad de transmisión. Este método se basa en lograr un cierto valor de correlación entre la capacidad total de la línea y la capacidad medida de un conjunto de vanos. La clasificación de los distintas tecnologías de monitoreo en tiempo real permite determinar que el mejor método para calcular la capacidad dinámica de transmisión es el que combina mediciones de los parámetros meteorológicos, con mediciones de parámetros directos en el conductor (temperatura, etc.), aunque cabe señalar que es el que requiere mayor inversión. Respecto al método de ubicación de dispositivos, se muestra que se logra una buena representación de la capacidad de transmisión de la línea, mediante el uso de pocas mediciones puntuales. En particular en el tramo seleccionado para la aplicación de esta metodología, comprendido entre las subestaciones Nogales y Las Palmas (entrada en operación año 2014), se observa que con 14 sensores se puede obtener un 90% de confianza estadística. A partir de esto también se concluye que este método puede entregar mejores resultados si se consideran además los métodos tradicionales de repotenciación en las zonas más críticas de la línea. Como trabajo futuro se propone analizar el comportamiento de un sistema eléctrico con líneas con capacidad dinámica de transmisión, en particular analizando los beneficios económicos para el sistema. Además se propone desarrollar un método que permita establecer un trazado óptimo de líneas de transmisión basado en las condiciones meteorológicas en la zona.

Ingeniero Civil Electricista / El objetivo general del presente trabajo de título es presentar una metodología de diseño para un sistema de electrodos de una línea de transmisión en corriente continua. Se identificarán las etapas y lineamientos generales involucrados en el diseño de electrodos para este tipo de aplicación específica con el fin de entregar una metodología clara y directamente aplicable al caso de un sistema de transmisión en corriente continua. En la primera parte del trabajo se busca presentar los elementos teóricos básicos, con esto se espera dar al lector familiaridad con los conceptos que se tratan a lo largo del documento. De forma posterior, se investiga la metodología y el estado del arte de ésta a nivel internacional, entregando así un esquema funcional de diseño. Se pone especial énfasis en los estudios de campo eléctrico y potencial por tratarse de factores críticos en la operación y seguridad. Para esto se realizan modelos simplificados del electrodo y del terreno de instalación, y se aplica el método de elementos finitos usando el software COMSOL Multiphysics. El análisis numérico a desarrollar incluye el desarrollo de un modelo en 2D simétrico con respecto al eje vertical y un modelo 3D, se presentan las características de ambos y el contraste de los resultados obtenidos para un problema expuesto en la bibliografía con el fin de validar el método. Luego de esto se realiza un análisis de sensibilidad para el modelo, con el fin de observar las tendencias que tienen las simulaciones y constatar que sigan las tendencias observadas en la bibliografía y los métodos analíticos. El estudio se completa con un capítulo de aplicación de la metodología a casos prácticos de distintas características presentados en la bibliografía. Se concluye que el método de elementos finitos es una herramienta totalmente válida y apta para la simulación del problema de distribución de potencial y gradiente. El método tiene la capacidad de manejar dominios complejos a coste de tiempo de computación y uso de memoria. Además, el uso de un software comercial hace simple la manipulación de datos y la gestión de información para su post-procesamiento.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / El presente proyecto de tesis se centra en la implementación de un filtro activo con el objeto de solucionar algunos de los problemas asociados a la calidad de la energía en un sistema eléctrico trifásico con neutro o red trifásica de 4-hilos. En este tipo de sistemas se conectan típicamente cargas no-lineales, desbalanceadas e incluso monofásicas, produciéndose desbalances y distorsión armónica en las señales. Estas cargas son habituales en sistemas de baja tensión, donde ha aumentado el uso de electrodomésticos y otros sistemas electrónicos que pueden generar armónicos. Al existir desbalances y distorsión, se producen torques pulsantes en las máquinas, mayores pérdidas en los transformadores, problemas en los sistemas de iluminación, etc. Por estos motivos se deben utilizar filtros y compensadores que permitan la correcta operación del sistema de distribución. En esta tesis se propone el uso de filtros activos basados en electrónica de potencia. Para compensar el desbalance y distorsión se busca implementar filtros activos de conexión paralela a la red, compensando corrientes armónicas y de secuencia negativa definida por una carga no-lineal y/o desbalanceada. Para esto se realiza el control mediante la plataforma dSPACE DS1103 de un conversor trifásico 2L-VSC (2 Level-Voltage Source Converter, del inglés) y 4-piernas operando en modo corriente, con lo cual se compensan los armónicos y desbalances en la corriente desde el punto de vista de la red. Las corrientes de referencias para el sistema de control son obtenidas mediante la novedosa teoría de la potencia conservativa o CPT (Conservative Power Theory, del inglés) considerando las condiciones de operación de una microrred ubicada en una comunidad en el norte de Canadá. Además, se obtienen algunos resultados mediante la clásica teoría de las potencias instantáneas o p-q. Por otra parte, en una microrred pueden aparecer variaciones considerables en la frecuencia eléctrica, debido a la intermitencia de las fuentes de energía y a las estrategias de control droop que se utilizan para compartir carga entre las unidades de generación. Por ello, en este trabajo de investigación se implementa un sistema de controladores resonantes de forma auto-sintonizante de acuerdo a la frecuencia de operación y considerando todas las componentes de secuencia. Se identifican al menos tres aportes en este trabajo de tesis. El primero es la implementación de un filtro activo operando sobre una red de 4-hilos, estas redes son de interés en la operación de microrredes y redes débiles. La implementación también será la base para futuras investigaciones como, por ejemplo, el estudio de nuevas estrategias de control predictivo en filtros activos. El segundo aporte se refiere a la programación del controlador dSPACE DS1103 para el control de un conversor 2L-VSC y 4-piernas. La tercera y más relevante contribución es la aplicación del algoritmo CPT a un filtro activo de 4-piernas considerando variación de frecuencia en el sistema de distribución. Y más aun considerando el control de las componentes de corriente de secuencia positiva, negativa y cero.

Memoria (licenciado en ciencias jurídicas y sociales) / El objeto de la presente memoria es otorgar una visión amplia de los aspectos básicos de la Distribución de Energía Eléctrica. Con este fin, se ha expuesto en principio, el marco jurídico regulatorio de esta actividad, su desarrollo histórico, características, naturaleza jurídica y el procedimiento para obtener una concesión de distribución de energía eléctrica. Posteriormente, y como un elemento importante para el desarrollo de la actividad eléctrica en general, se trataron en extenso las servidumbres eléctricas, sus características y procedimiento para obtención o imposición de las mismas. Se destacó en forma somera, el papel de los permisos en materia eléctrica, para luego entrar de lleno a las principales obligaciones de los concesionarios, cuales son la calidad, la continuidad y la obligatoriedad del suministro eléctrico. Es respecto de estas obligaciones donde se han suscitado los mayores problemas respecto de la legislación aplicable en materia eléctrica. Es así, como se describen diversas divergencias surgidas respecto de la aplicación del artículo 99 bis del DFL N°1 de 1982 y 16 B de la Ley N° 18.410. Luego se abordaron los precios en la distribución, tratándose las diversas tarifas existentes, los elementos, las autoridades y el procedimiento utilizado para la determinación de los mismos. Como en la mayoría de las actividades, se describieron los distintos tipos de contratos que encontramos en la actividad eléctrica de la distribución; entre ellos los contratos con las generadoras, con los clientes libres y con los clientes regulados. Directamente relacionadas con los contratos, están las relaciones entre distribuidor y cliente, las que se encuentran detalladamente reguladas tanto en la Ley Eléctrica como en su Reglamento. Además, se desarrollan los modos de poner término a las concesiones de distribución y entre ellas las derivadas de sanciones impuestas por la autoridad competente en la materia. Por último, se ha hecho un pequeño resumen de las posibles modificaciones en materia de distribución y los avances que los proyectos de las mismas han tenido hasta esta fecha.

Ingeniero Civil Eléctrico / Las energías renovables han aumentado en forma progresiva su presencia en los sistemas eléctricos de potencia alrededor del mundo. La actual dependencia energética en combustibles fósiles, el calentamiento global y los problemas (tanto sociales, como de seguridad) asociados a la energía nuclear, han estimulado el desarrollo de tecnologías que aprovechen los recursos renovables disponibles en cada nación. Muestra de lo anterior, es que actualmente 173 países (entre ellos Chile) ya cuentan con una política energética respecto al desarrollo de las Energías Renovables No Convencionales (ERNC). Ahora, si bien la investigación científica ha expandido el conocimiento respecto a este tipo de recursos y las tecnologías que permiten aprovecharlos, un número reducido de esfuerzos se han centrado en planificar matrices energéticas que no incluyan centrales convencionales que utilicen como fuente primaria de energía algún combustible fósil. Es así como esta investigación buscó dilucidar la composición y operación de un parque generador 100% renovable para Chile, el cual fuera confiable desde el punto de vista de las reservas necesarias para el control de frecuencia en varias escalas de tiempo, incluyendo la respuesta inercial del sistema. Los diversos escenarios planteados en esta investigación buscaron explorar la evolución de las matrices eléctricas óptimas y el impacto de las ecuaciones de seguridad de suministro, bajo distintos supuestos entre los que se encuentra una caída agresiva en los costos de inversión de centrales eólicas y solares fotovoltaicas (FV), distintos niveles de gestión de demanda o Demand Side Management (DSM) en la operación del sistema y distintas penetraciones (como porcentaje de la demanda sistémica) de energía eólica y solar FV, por ejemplo. Especial énfasis fue puesto en el impacto del nivel de inercia en el sistema para los diferentes escenarios, resaltándose las consecuencias de considerar (o omitir) aquellas ecuaciones que describen la respuesta inercial. La principal conclusión de este trabajo fue demostrar la factibilidad (desde el punto de vista de la seguridad de suministro) de varias matrices de generación que son 100% renovables, con distintos portafolios tecnológicos. En general se advierte que dichas matrices poseen una preferencia hacia la inversión en centrales hidráulicas (especialmente de embalse y pasada) tanto por su flexibilidad, como por su capacidad de generar energía limpia en términos neto (tecnologías de almacenamiento tales como las centrales hidráulicas de bombeo, no pueden generar electricidad en términos neto). El análisis de los resultados también permitió concluir que existen tecnologías con una importante orientación hacia la suficiencia de suministro, mientras que existen otras que preferentemente se desempeñan en el ámbito de los servicios complementarios. Adicionalmente, el hecho de que las centrales geotérmicas se comporten como centrales de base y que las tecnologías eólica y solar FV vean estimulada su penetración a niveles crecientes de gestión de demanda, constituyen también conclusiones relevantes de esta investigación.

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Ingeniero Civil Eléctrico / La matriz energética del Sistema Interconectado Central (SIC) está compuesta prioritariamente por medios de generación con base a combustibles fósiles y grandes centrales de generación hidráulica. El Gobierno de Chile decidió impulsar el desarrollo de proyectos de generación en base a Energías Renovables No Convencionales (ERNC) [1]. Este desafío incorpora el desarrollo de proyectos hidráulicos de pequeñas unidades hidráulicas de pasadas para generar energía, donde el país posee un gran potencial. En particular, en el Centro de Energía de la Universidad de Chile (CE-FCFM) se está desarrollando una central Micro Hidráulica de 10 kW, la que tiene la capacidad de operar de forma aislada o en sincronismo con la red. Esta central es manejada a través de una Interfaz Hombre Máquina (HMI, Human Machine Interface), y se comunica con el controlador principal de la central mediante protocolo serial RS232. El objetivo de este trabajo es mejorar la HMI existente de modo que presente los datos relevantes del sistema, además de permitir controlar la central de forma sencilla e intuitiva. Esta interfaz debe ser compatible con el esquema de estados y transiciones con el cual opera la central, el que debe ser flexibilizado y ordenado. Para este trabajo se utiliza el software de diseño de aplicaciones graficas QTcreator, que permite de manera sencilla implementar interfaces gráficas, mediante la utilización de objetos predefinidos y código fuente en C++. A su vez, para trabajar en el sistema de estados y transiciones, se utiliza Code Composer Studio, el cual permite programar el Procesador Digital de Señales que controla la central. Se logra crear una interfaz gráfica que cuenta con distintas pestañas en las que se pueden observar las variables relevantes del sistema (tensión, corrientes, potencia, etc.) y enviar órdenes de cambio de estados o modos de operación al controlador principal (Detenido, En Espera, Isla, Sincronizado, Red y Mantencion). Asimismo, se expanden los estados de operación y se reescribe la estructura del programa del controlador principal de forma que quede ordenado de manera secuencial. La solución es integrada y validada exhaustivamente en el prototipo de central micro hidráulica, donde asimismo, una serie de problemas de operación, componentes e interfaz son detectados y abordados sistemáticamente proponiendo soluciones en cada caso. Como trabajo futuro, se propone la implementación de un sistema de reinicio de la central micro hidráulica en caso de emergencia, como también la implementación de las protecciones contra fallas que puedan ocurrir en el sistema y la subsecuente integración de inteligencia en la central. También se propone implementar la sección de herramientas de la interfaz, y finalmente la interfaz misma para dispositivos móviles.