Ingeniero Civil Eléctrico / En este documento se describe el diseño de un protocolo de pruebas de aceptación en fábrica (FAT), para validar el funcionamiento de un esquema de protección especial (SIPS) antes de ser instalado en terreno. Este esquema será implementado debido a la conexión de un parque fotovoltaico y uno eólico en una línea de transmisión de doble circuito que está próxima a su límite térmico de transmisión. El SIPS tiene como objetivo aumentar la capacidad de transmisión de estas líneas, omitiendo el criterio de seguridad N-1, y protegerlas, siendo lo suficientemente rápido para actuar frente a sobrecargas de las líneas cercanas o frente a contingencias extremas. Las pruebas serán llevadas a cabo con una plataforma de simulación en tiempo real (RTDS), utilizando un modelo del sistema eléctrico para el área involucrada, y aplicando el método de hardware in the loop. Las pruebas involucran verificar las señales de entrada del esquema, el funcionamiento, respuesta ante fallas/errores de equipos y una inspección general final. El desarrollo de la memoria contempla definir el conjunto de pruebas que serán aplicadas al esquema de protección para verificar las distintas funciones estableciendo los resultados esperados, crear escenarios de simulación en la RTDS con los cuales serán aplicadas las pruebas, interconectar los equipos que son necesarios para emular las condiciones que se tendrán en terreno, para finalmente ejecutar el protocolo FAT. Se culmina con una conclusión que involucra las ventajas de utilizar una plataforma de simulación en tiempo real para la ejecución de pruebas FAT, junto con mencionar los temas que pueden ser abordados en un trabajo futuro.

Ingeniero Civil Eléctrico / Diferentes países alrededor del mundo se han planteado ambiciosos objetivos para alcanzar altos niveles de producción de energía en base a energías renovables en los próximos años. Esta situación, sumada a condiciones favorables desde el punto de vista de costos de inversión tanto para los proyectos de generación fotovoltaica como eólica, lleva a que se espere que ambas tecnologías tengan un rol importante en los sistemas de potencia del futuro. Sin embargo, una alta penetración de energías renovables no convencionales puede afectar el control y estabilidad de un sistema de potencia, especialmente desde el punto de vista de la frecuencia. Esto, ya que la generación variable desplaza generación síncrona convencional. Lo anterior provoca problemas, entre otras cosas, con la inercia del sistema debido a dos factores: 1) las plantas fotovoltaicas no poseen partes rotatorias, por lo tanto no pueden proveer de respuesta inercial durante desbalances de carga-generación y 2) la generación eólica al ser conectada mediante conversor, pierde la respuesta inercial natural asociada a sus partes giratorias. Como consecuencia, mientras más plantas eólicas y solares fotovoltaicas se integren al sistema, más reducida será la inercia del mismo y con esto su capacidad de hacer frente a las desviaciones de frecuencia ante grandes perturbaciones, lo que afecta fuertemente la estabilidad en frecuencia. Es por esto que con el fin de permitir altos niveles de energía renovable no convencional (ERNC) manteniendo la seguridad del sistema, se requiere incluir en el Unit Commitment restricciones adicionales. Los efectos mencionados son relevantes en sistemas de potencia aislados y pequeños. En el caso chileno el Sistema Interconectado del Norte Grande (SING) tiene proyectada una alta penetración de proyectos fotovoltaicos sin inercia. Por lo anterior, este trabajo se enfoca en estudiar la estabilidad de frecuencia del SING proyectado para el año 2017. El objetivo es encontrar funciones que caractericen la respuesta de la frecuencia del sistema frente a desbalances de carga-generación. Para ello, se realizan simulaciones dinámicas frente distintas contingencias en base a un modelo proyectado del SING. Los resultados del estudio indican que a medida que aumenta la generación variable, el sistema ve deteriorada su capacidad de control de frecuencia. Además se concluye una alta correlación entre el porcentaje de generación ERNC y la inercia del sistema y a su vez una estrecha correlación entre el rate of change of frecuency (Rocof) y la inercia del sistema. Esto último permite representar de forma matemática la relación entre el Rocof y la inercia del sistema. Finalmente el trabajo entrega una función por tramos que caracteriza la pendiente de caída de la frecuencia (Rocof), en función del desbalance, para diferentes valores de inercia del sistema. Se prueba la validez de la función obtenida con fallas históricas reales ocurridas en el SING para validar la propuesta. De esta forma se podría incorporar una restricción adicional al Unit Commitment para caracterizar la influencia de una alta penetración de ERNC en la frecuencia del sistema.

Ingeniero Civil Eléctrico / El presente trabajo tiene por objetivo aportar al mejoramiento de la metodología utilizada por el CDEC SIC en la evaluación de las alternativas de expansión del Sistema de Transmisión Troncal. Dentro de las principales motivaciones que impulsaron el desarrollo de esta investigación, están los importantes desacoples observados en distintas zonas del Sistema Interconectado Central, los altos costos que significan para el sistema las congestiones provocadas por restricciones de transmisión y el consecuente desaprovechamiento de las energías de bajo costo. El proceso a través del cual se formulan las mejoras metodológicas presentadas en este documento, comienza con la realización de un diagnóstico de la metodología actual utilizada en la Revisión Anual del Estudio de Transmisión Troncal. Para ello, se analizan los supuestos del proceso metodológico actual desde la teoría económica de la evaluación social de proyectos, considerando el enfoque de eficiencia productiva en el cual se enmarca, así como también desde la experiencia internacional en materia de planificación de las redes en los sistemas eléctricos interconectados. Posteriormente, se definen los ejes de trabajo abordados en profundidad en la investigación: 1) análisis del efecto que tiene la entrada de un proyecto troncal en los costos marginales y el desacople económico del sistema; 2) tratamiento del riesgo por la incertidumbre hidrológica en la decisión económica y; 3) análisis distributivo a partir de un balance beneficio-costo de los proyectos de expansión desde la perspectiva de distintos segmentos del sector eléctrico. Una vez desarrollados los modelos y analizados los resultados obtenidos, se determina que tanto del modelo probabilístico que mide el efecto de las hidrologías en la evaluación económica, como el análisis del mercado a partir de los costos marginales, permiten incorporar criterios de decisión adicionales para la expansión de la transmisión, que profundizan el tratamiento de dos de los grandes riesgos que enfrenta la expansión del sistema troncal en Chile: la incertidumbre en la disponibilidad del recurso hídrico y en la expansión del parque generador. Por su parte, la evaluación de proyectos desde el enfoque distributivo, robustece las decisiones económicas de expansión del sistema troncal, pues recoge el impacto que estas tienen en los consumidores y generadores del sistema. Finalmente, se concluye que el principal aporte de este trabajo, corresponde al perfeccionamiento de la metodología, tanto desde el marco teórico en que esta se encuentra, como en la forma que enfrenta las principales fuentes de incertidumbre del sistema eléctrico nacional. De esta forma, la presente investigación constituye un punto de partida para el CDEC SIC en el proceso de mejoramiento continuo de éstos métodos, en especial considerando las importantes transformaciones en el marco legal del mercado eléctrico nacional y los consecuentes desafíos que se esperan para el sistema en el futuro cercano.

Ingeniero Civil Eléctrico / El proyecto The Microformer , presentado el año 2010 en una competencia local en la Universidad de Wisconsin-Madison, consiste en la propuesta de un sistema de electrificación basado en transformadores de bajo costo. Estos transformadores están construidos con componentes reciclados de basura electrónica, específicamente obtenidos de hornos de microondas, que facilitan la electrificación de zonas de baja densidad de población (por ejemplo, zonas rurales) mejorando la eficiencia del sistema de transmisión/distribución eléctrica. A pesar de que existe un buen conocimiento sobre el comportamiento del Microformer como unidad, no existen estudios a nivel de sistema que involucren uno o más Microformers dentro de una red. Además, el Microformer nunca ha sido modelado en un ambiente de generación distribuida con múltiples puntos de inyección. Desde el punto de vista del sistema, el Microformer debiera comportarse como cualquier otro transformador. Sin embargo, sus características eléctricas son bastante diferentes comparado con transformadores de distribución comerciales. En el presente trabajo de título se pretende estudiar el comportamiento del Microformer a nivel de sistema. Para ello se presentan tres casos globales de estudio con el fin de observar y mejorar el comportamiento del Microformer en redes compuestas por los mismos. Primero se construye una red trifásica de laboratorio con ocho Microformers reproduciendo una topología rural, luego se implementa dicha red en el software de cálculo DigSILENT PowerFactory para cubrir casos que son imposibles recrear en la red experimental. Finalmente, se inserta el Microformer en una red modelo de la IEEE teniendo en cuenta las consideraciones y conclusiones obtenidas de los casos de estudios previos. A diferencia de trabajos anteriores, los transformadores de microondas son modificados según la función que cumplan en una red de distribución. Para los Microformers de subida se mantiene una razón de transformación de 9,1 con tal de obtener 2 kV en alta tensión. Por otro lado, debido a la mala regulación de los Microformers de bajada, es imperante modificar su razón de transformación al mínimo posible mediante la adición de espiras para compensar así la caída de tensión debido a los flujos de fuga y las pérdidas Joule en sus enrollados. Además, para mejorar aún más la regulación se aprovechan los condensadores de alta tensión que vienen en los hornos microondas. En este trabajo se dan una serie de recomendaciones para futuras redes que se construyan con Microformers a partir de los resultados obtenidos en las simulaciones realizadas, entre ellas se encuentran el descarte previo de transformadores de microondas que no cumplan con los resultados mínimos esperados en las pruebas típicas; reducción de la potencia nominal de los Microformers a 660 VA; modificación de los Microformers según su función en la red; largos mínimos y máximos de líneas para que el uso de Microformers sea justificado y que se encuentre dentro de la norma. Como trabajo futuro se propone hacer un estudio estadístico de transformadores de microondas analizando qué tanto varían los parámetros eléctricos entre hornos de microondas de una misma marca o modelo, esto con el fin de determinar si es posible construir bancos trifásicos de transformadores con más de tres Microformers en paralelo. También se propone mejorar los niveles de armónicos de tensión y corriente implementando filtros de armónicos u otros métodos similares. Finalmente se deja construida una red experimental con fines pedagógicos en el Laboratorio de Máquinas del Departamento de Ingeniería Eléctrica, por lo que se propone realizar una guía de laboratorio para que los alumnos estudien los casos abarcados en este trabajo.

Doctor en Sistemas de Ingeniería / En esta tesis se presentan los resultados del trabajo desarrollado por el autor durante el periodo en que fue estudiante de doctorado en el Departamento de Industrias de la Universidad de Chile. El trabajo se centra en la aplicación de técnicas de optimización entera-mixtas a problemas de planificación estratégica del sector eléctrico, donde el problema de corto plazo correspondiente al predespacho de unidades de generación en sistemas térmicos es el tema central en estudio. En lo relativo al modelamiento del problema de predespacho de unidades, se considera el análisis de las distintas formulaciones entera-mixtas disponibles en la literatura junto con una nueva basada en un formulaciones extendidas tipo red. Se investiga su desempeño sobre un conjunto de instancias reales desde el punto de vista de su eficiencia computacional al ser resueltas con softwares comerciales. Lo anterior incluye análisis de tiempos de solución, nodos utilizados e iteraciones de simplex realizadas para distintas tolerancias requeridas. Los experimentos muestran la calidad de la aproximación propuesta, siendo esta completamente competitiva respecto a las ya documentadas. Este resultado era esperable, dada la estructura totalmente unimodular de gran parte de la formulación propuesta, pero para nada justificable debido al tamaño de la misma. Lo anterior muestra que el efecto del preproceso de los softwares comerciales puede ser fundamental en algunas formulaciones. Por otro lado, respecto a la función objetivo del problema de predespacho de unidades, que por lo general se representa como una función cuadrática de la generación, se presenta una nueva manera de linealizar su comportamiento de modo que su inclusión en una formulación entera-mixta lineal tradicional sea eficiente. Esto último debe entenderse a partir de la necesidad que el tamaño de la aproximación no crezca de manera desmedida si el error requerido para la misma decrece. Si bien ya existía la posibilidad de hacer esto mediante la aplicación de la aproximación desarrollada por Ben-Tal y Nemirovsky para conos de segundo orden [2], acá se presenta un método alternativo, con mejores propiedades numéricas, un orden de magnitud mejor en calidad de aproximación, y cuya aplicación a problemas reales de predespacho de unidades genera mejores resultados respecto de las aproximaciones tradicionales. Por último, con el fin de mejorar el desempeño de la formulación entera-mixta presentada, se realiza el análisis poliedral de una de sus subestructuras esperando identificar desigualdades válidas que permitan mejorar su cota dual. Esta subestructura corresponde al knapsack semicontinuo con restricciones adicionales del tipo generalized upper bound. Se demuestra que bajo supuestos simples es posible identificar facetas tipo generalized flow cover en espacios restringidos de dimensión inferior. Luego se llevan estas desigualdades al espacio original utilizando procedimientos de lifting multidimensional independiente de la secuencia [38, 27, 16, 17] y se iii prueba que con supuestos adicionales también son facetas allí. Experimentos computacionales en instancias derivadas de problemas de UC muestran su eficiencia, donde más de un 50% del gap integral del nodo raíz se reduce aplicando en promedio solo tres de estos cortes. Además, en este contexto, también se ha implementado un solver ad-hoc para la solución eficiente de las relajaciones lineales de la formulación tipo red, con un speed-up del orden de 4x a 8x respecto a CPLEX barrier optimizer, pero que aún no está documentado.

Ingeniero Civil Eléctrico / El Gobierno de Chile ha impuesto un gran desafío en el sector eléctrico que indica que al año 2025 el 20% de la energía eléctrica contratada en el país debe provenir de fuentes renovables no convencionales. Un fuerte crecimiento de generación renovable, como la eólica, implicará un incremento de requerimiento de reservas en los sistemas eléctricos. Con esto, se hace relevante un estudio sobre la capacidad óptima de las líneas de transmisión, con el fin de que en caso de variaciones en la generación renovable, el sistema pueda proveer reserva en giro y/o reserva pronta sin violar los límites de transmisión existentes. Así un aumento en la reserva del sistema, en una escala de tiempo operacional, va a impactar en la necesidad de mayor capacidad de transmisión en el largo plazo, por lo que es esperable que bajo ciertas circunstancias sea apropiado reforzar la red de transmisión con el fin de poder acceder a los servicios de reserva brindados por las distintas áreas del sistema de forma confiable. Los estándares actuales de sistemas eléctricos de potencia no toman en consideración los requerimientos de reserva para determinar la planificación de la transmisión, por esto, el aporte del presente trabajo de título es centrarse en los nuevos escenarios en los que se verán envueltos los sistemas eléctricos y las nuevas metodologías que serán necesarias tener en consideración para hacer una planificación que permita operar el sistema de forma confiable y a mínimo costo. Para llevar a cabo esta tarea se desarrolla un modelo de planificación de la transmisión que permite tomar en consideración los intercambios de reserva, su impacto en la operación y la planificación de la transmisión que permite operar el sistema eléctrico de manera óptima económicamente. El caso de estudio corresponde a la interconexión de los sistemas chilenos, Sistema Interconectado Central (SIC) y el Sistema Interconectado del Norte Grande (SING), con el área del Noroeste Argentino (NOA) del Sistema Argentino de Interconexión (SADI) operando de forma aislada. Los resultados obtenidos muestran las mejoras existentes al considerar en la planificación de la transmisión los aportes de reservas producto de la variación de la generación eólica. Se observó que la planificación tiende a aumentar la capacidad de la red a medida que son mayores los requerimientos de reserva. Además, los resultados demostraron las importantes ventajas económicas que resultan de permitir la transferencia de reserva por las líneas de transmisión entre los sistemas modelados. Finalmente se concluye que este modelo, pese a ser simplificado en la operación y planificación de la transmisión, tiene un fuerte impacto en las decisiones de planificación dados los requerimientos de reserva para una operación confiable del sistema. Así se alienta la expansión del presente trabajo adhiriendo la modelación de otros fenómenos (tasas de toma de carga, pérdidas en transmisión, etc.) involucrados en los sistemas eléctricos de potencia.

El informe plantea la experiencia desarrollada en la elaboración de un artículo académico en calidad de asistente de investigación para el centro de investigación de una universidad. El documento mencionado presentó una metodología para la previsión e identificación de la insolvencia de pago de clientes de distribuidoras eléctricas empleando minería de datos. Para este informe, la atención está orientada al trabajo realizado para elaborar el marco teórico del documento académico. De un lado, el artículo fue relevante porque buscó atender la necesidad de las empresas participantes de la industria eléctrica -especialmente la distribución- de lidiar con el incumplimiento de pago y evitar efectos en su estabilidad y/o participación en el mercado. De otro lado, el informe aporta una visión panorámica y contextual sobre el mercado de la energía eléctrica y la evaluación crediticia, ambas necesarias como preludio a la elaboración y/o aplicación de instrumentos. Los temas abordados en el informe se ubican dentro del campo de la teoría de la regulación (aspectos económicos y legales) y de las finanzas (evaluación crediticia).

Ingeniero Civil Eléctrico / En los últimos años, la capacidad instalada de energías renovables en Chile ha crecido sostenidamente y cada vez más empresas están invirtiendo en estas tecnologías. Sin embargo, todavía existen barreras de entrada en varias etapas de estos proyectos y en particular en las etapas tempranas. Algunas de estas barreras están relacionadas con el acceso a información, como por ejemplo conocer la institucionalidad o tener una intuición de cuál será el comportamiento del sistema eléctrico en el presente y en el futuro. En este contexto, el presente trabajo propone una herramienta de acceso público que contribuya a derribar barreras de entrada al mercado eléctrico chileno, en particular en lo referente a la operación futura del sistema de transmisión troncal. La herramienta propuesta tiene tres funciones principales: estimar peajes de transmisión troncal, mostrar información del pago de peajes por tramos para las empresas y centrales existentes y ofrecer un acceso vía internet a estos análisis. Para lograr esta herramienta, se programó una rutina de cálculo de prorratas y peajes en DeepEdit (Plataforma de simulación del Centro de Energía), que como datos de entrada utiliza simulaciones de la operación de largo plazo mediante la herramienta PLP (Programación de Largo Plazo). La herramienta es validada a través de un caso ejemplo y utilizada para el estudio de peajes de transmisión troncal en el sistema nacional: permite calcular los peajes atribuibles a centrales existentes como asimismo una estimación asociada a futuros proyectos. Utilizando esta rutina se obtuvo resultados de costos de peajes de transmisión troncal en el SIC para dos casos: SIC interconectado con el SING mediante el tramo Mejillones - Cardones 500 y SIC sin inteconexión. Estos resultados son incorporados al sitio web www.peajeselectricos.com de acceso público especialmente creado para este fin. El sitio web consta un estimador de peajes y un explorador de peajes. El primero permite hacer estimaciones de costo de peajes de transmisión troncal para una central de cualquier tecnología en cualquier barra del sistema y el segundo permite ver estimaciones de pago de peajes de tranmisión troncal para generadores y empresas en el SIC. Utilizando el sitio web, con el fin de mostrar uno de los posibles usos del estimador de peajes, se analiza el costo que tendría que pagar una central fotovoltaica de 25MW en las barras Diego de Almagro 220 y Pan de Azúcar 220, obteniéndose que para esta central el costo de transmisión troncal sería un 66 % más caro en la barra Diego de Almagro 220 para el caso con interconexión, y un 63 % en el caso sin interconexión. Este tipo de resultados del estimador de peajes, usado en conjunto con el explorador de peajes, permite disponer de una idea bastante clara del comportamiento del pago de peajes en el SIC. Estos resultados pueden ser incluidos en estudios de prefactibilidad de proyectos de generación en el SIC, lo que se espera sea un aporte a derribar barreras de entrada a nuevos actores al sistema eléctrico. Como trabajo futuro se recomienda expandir las funcionalidades de la herramienta, tanto a nivel de los casos de estudio como en la precisión de las estimaciones de peajes.

Memoria (licenciado en ciencias jurídicas y sociales) / La industria eléctrica cuenta con condiciones de economías de escala tales que lo convierten en monopolio natural en los ámbitos de distribución y de transmisión que pueden ser nocivas para el desarrollo adecuado del ámbito de la generación y sobre todo respecto a la eficiencia asignativa de recursos. Esta limitación de las condiciones de competencia que impiden el desarrollo adecuado del libre mercado, han llevado a establecer nomas tendientes a la desintegración vertical y la existencia de organismos regulatorios técnico-económicos, que tienen por objeto la operación de la industria con el fin de reemplazar la asignación eficiente de recursos a través de normas e instituciones establecidos específicamente para dichos efectos. La independencia de dichos órganos es un elemento esencial para el desarrollo adecuado de la industria, en efecto, la captura del regulador es equivalente a una falla de mercado, por lo que es indispensable mitigar el riesgo de captura de la manera más eficiente posible. En este contexto se analizan las modificaciones a la regulación existente que introduce la ley que establece nuevos sistemas de transmisión de energía eléctrica y crea un organismo coordinador independiente del sistema eléctrico nacional, respecto al reemplazo de los actuales Centros de Despacho Económico de Carga, por un nuevo coordinador que se pretende sea independiente, para determinar si los cambios introducidos sirven para cumplir con los objetivos de la Política Energética de Chile materializada en la Agenda Energía 2050.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / El objetivo de este trabajo es el de desarrollar una metodología para analizar la factibilidad de una interconexión eléctrica entre dos sistemas adyacentes y ensayar su aplicación al caso de una interconexión eléctrica entre los sistemas eléctricos SIN Boliviano y SING Chileno. Como punto de partida, se realizó una revisión de la producción científica en este campo. De este ejercicio lo más sobresaliente es la muy notable evolución entre los sistemas eléctricos de países Europeos respecto a otros continentes. En Sudamérica la producción científica es en comparación muy limitada. La metodología general seguida se resume en tres etapas: I) Definición del objetivo y acotación del alcance del trabajo. II) Revisión de contexto y requerimientos de información. III) Identificación de los componentes clave y relacionamiento lógico entre ellos como base para construir una metodología y definir: criterios de factibilidad, indicadores y conclusiones. El modelo propuesto para la evaluación de la factibilidad de una interconexión se plantea en torno a tres aspectos: 1) Identificación del potencial de exportación de cada sistema. 2) Robustez física de las redes eléctricas de cada sistema ante la hipótesis de interconexión. 3) Efectos de una interconexión en los mercados eléctricos. Se consideran como las principales contribuciones de este trabajo: 1) Un modelo diferente para la identificación del potencial de exportación de un sistema eléctrico centrado en la demanda. 2) Visualización del potencial de exportación por días típicos para identificar el potencial de intercambio entre dos sistemas y para la simulación de la operación simultánea bajo hipótesis de interconexión. 3) La metodología para evaluar la factibilidad de una interconexión eléctrica binacional. Los principales resultados alcanzados al aplicar la metodología al caso SIN y SING son: 1) Haber estimado el potencial teórico de exportación de energía eléctrica de éstos, p.ej.: 300 MW con un 76% de disponibilidad anual para el SIN y 150 MW con un 75% de disponibilidad anual para el SING. 2) La determinación de una cota máxima para la capacidad que una línea de transmisión eléctrica binacional podría tener, de 150 MW, sin afectar negativamente la operación individual de los sistemas involucrados. La aplicación del modelo de intercambio se realizó con datos reales de operación de 2007, se observó en el SIN un comportamiento esencialmente exportador y en el SING uno esencialmente importador. Para el exportador los resultados estimados de ingresos anuales fueron de 71 MUSD aprox., con el parque generador existente. Los costos anuales asociados a la producción de energía adicional se estimaron en 36 MUSD aprox. Para el Importador se estimaron 69 MUSD/año aprox. de ahorros en generación de energía y se estimaron 20 MUSD/año aprox. en costos relacionados a la importación de energía.