Los nuevos proyectos energéticos que se planifica desarrollar en la XI región de Aysén han planteado el desafío de transportar grandes bloques de potencia a través de largas distancias, hacia los centros de consumo que se concentran en el SIC. La tecnología que permite viabilizar esto de manera eficiente es la transmisión en corriente continua en alto voltaje, conocida como HVDC (“High Voltage Direct Current”), que utiliza válvulas de tiristores para concretar la conversión AC-DC y viceversa. La tecnología HVDC se puede considerar como una tecnología madura. Sin embargo, en nuestro país es un tema nuevo que se debe abordar para entender el funcionamiento del enlace y los problemas asociados. Un aspecto importante del funcionamiento de los conversores HVDC es la ocurrencia de fallas de conmutación. Los tiristores usados en estos sistemas necesitan ser expuestos a un voltaje inverso por un tiempo suficiente para que dejen de conducir y permitir así una conmutación de corriente exitosa. Durante la falla de conmutación la transmisión de potencia es interrumpida, afectando de este modo al sistema AC conectado en el lado inversor. Esta memoria tiene como objetivo estudiar y mostrar las causas que originan las fallas de conmutación, discutir sus efectos en la calidad y seguridad de la potencia suministrada y entregar dos estrategias de mitigación de fallas de conmutación a nivel del control del enlace: la función de control VDCOL (“Voltage Dependent Current Order Limits”) y el módulo de mitigación CFPREV (“Commutation Failures Prevention”). Para lograr los objetivos planteados, se utiliza la plataforma MATLAB/SIMULINK que simula en tiempo discreto un enlace monopolar de 12 pulsos y 1000 MW (500 kV, 2 kA). A través de este enlace de prueba se estudian dos casos: sistemas AC interconectados fuertes y débiles. Ambos sistemas AC son caracterizados por su razón de cortocircuito efectivo, ESCR. Los resultados muestran que las principales causas que originan fallas de conmutación son: perturbaciones en el sistema AC conectado, especialmente las fallas monofásicas; y las operaciones de maniobra en la barra inversora. Los efectos en la calidad de la potencia suministrada dependerán de la duración de la falla de conmutación y de la razón de cortocircuito efectivo del sistema AC-DC. Con respecto a las estrategias de mitigación, se concluye que la función VDCOL ayuda a la recuperación del sistema cuando se producen las fallas de conmutación. El módulo CFPREV permite mejorar el desempeño del sistema pues mitiga las fallas de conmutación para caídas de tensión en la barra inversora, cuando ocurre una falla monofásica a tierra o una falla trifásica simétrica. Su desempeño es mejor cuando el sistema AC conectado en lado inversor es débil.

Debido a la escasez de recursos energéticos cercanos a los centros de consumo y los avances tecnológicos de la electrónica de potencia es que la transmisión en corriente continua a altas tensiones (HVDC) ha ganado terreno en las últimas décadas. El objetivo general de esta memoria consiste en estudiar la operación de un sistema de generación AC -llamado sistema colector a lo largo del trabajo- que alimenta una estación rectificadora HVDC como única carga. La investigación realizada permite establecer que la naturaleza de una carga de este tipo, insensible a la frecuencia, obliga a realizar estudios estáticos y dinámicos para demostrar que los parámetros del sistema colector y que las medidas de control que pueden adoptarse ante contingencias permiten la operación del sistema AC bajo norma. El proyecto Energía Austral, que se encuentra aún en etapa de desarrollo, se usa como inspiración para crear un modelo sobre el cual se realizan estudios estáticos y dinámicos para observar su comportamiento ante los fenómenos que la literatura describe como relevantes. Los estudios estáticos se dividen en: flujos de potencia, que permite establecer un adecuado intercambio de reactivos entre los que aportan los filtros y los que provee el sistema colector para satisfacer los requerimientos de la estación rectificadora, además de verificar que los límites térmicos no son sobrepasados; autoexcitación, mediante el cual se determinan las reactancias de las unidades de generación con el fin de evitar este fenómeno; cortocircuitos, con los que se determina si el sistema es robusto ante interacciones AC/DC. Los estudios dinámicos permiten, mediante contingencias en el enlace, determinar rangos de parámetros para las inercias y reactancias subtransitorias con el fin de limitar las sobrefrecuencias y sobretensiones temporales respectivamente. Adicionalmente, mediante el control del enlace, es posible mitigar las caídas de frecuencia ante salidas intempestivas de generadores, dada la naturaleza aislada del sistema en que no existe reserva en giro y que la carga resulta insensible a la frecuencia. Finalmente, se propone una guía que permite establecer los estudios que demuestran la operación segura del sistema colector.

Ingeniero Civil Electricista / La presente memoria tiene por objetivo desarrollar una herramienta que permita estimar de forma simple y relativamente rápida el costo de un proyecto de línea de transmisión, dejando registrados en este documento los planteamientos matemáticos del problema de optimización que se modela, y los códigos computacionales usados en la herramienta. Para realizar la estimación se toman supuestos como, por ejemplo, el hecho de que la topografía de cada tramo de suspensión es similar a los demás, permitiendo repetir el tramo estudiado a lo largo de la ruta; además se supone que la línea no presenta singularidades en su trazado. Sirven al programa principal diversas rutinas computacionales menores que solucionan problemas geométricos, equilibrios térmicos en los conductores, cambios de estados mecánicos, además de otras rutinas específicas. En relación al modelo de cambio de estado, cabe mencionar que, para realizar estudios básicos de líneas de transmisión se suele ocupar el método del ruling span. Sin embargo, éste solo arroja resultados correctos para terrenos planos. En esta memoria, el modelo de cambio de estado utilizado es adecuado para todo tipo de terrenos y resulta ser una de las funciones más importantes dentro de la herramienta principal, ya que permite verificar las restricciones de distancias mínimas a tierra, las tensiones mecánicas máximas sobre los conductores en las condiciones climáticas más adversas, etc. En la memoria se valida el método de cambios de estado programado con el método del ruling span sobre un terreno plano bajo hipótesis idénticas arrojando un error de 0.035%. La herramienta desarrollada es probada mediante un análisis de sensibilidad para estudiar su comportamiento. Sobre el caso base (terreno plano, sin carga de hielo) las pruebas de sensibilidad corresponden a: terreno irregular, disminución del factor de seguridad de las torres y manguito de hielo de 20 mm2 de espesor alrededor del conductor. Se muestra cómo, cambiando sólo la forma del terreno, la herramienta desplaza 25 m la posición de una torre para salvar las distancias de seguridad; cuando se aumenta la capacidad de las torres (disminuyendo su factor de seguridad) se logra usar conductores de mayor sección disminuyendo las pérdidas y el costo en valor actual del proyecto; y cuando se tiene carga de hielo las pérdidas aumentan un 10% y se debe usar un conductor de menor sección. Como trabajo futuro se propone el estudio del uso de algoritmos de inteligencia computacional para explorar el espacio de soluciones factibles, y también se propone modificar la aplicación simplificando el modelo mecánico de cambio de estados en caso de que se requieran estudiar proyectos en terrenos exclusivamente planos.

Ingeniero Civil Eléctrico / El presente estudio tiene por objetivo cuantificar los efectos asociados a la operación en ciclaje de las unidades convencionales de generación dada la inminente inyección de energías renovables no convencionales (ERNC), en particular energía solar fotovoltaica (FV), en el sistema eléctrico chileno. Las herramientas de simulación de predespacho con representación detallada de los aportes de energía variable y restricciones técnicas de fuentes convencionales permiten estudiar el efecto en costos asociados a mantenimientos de la penetración de energía solar FV. Para esto se realizan simulaciones de operación a mínimo costo de corto plazo, unit commitment, del sistema eléctrico chileno, en representación uninodal, para diez escenarios distintos. Estos cubren situaciones previas a la interconexión (2015, 2018 y 2019), escenarios posteriores a la interconexión (2025 para dos planes de obra diferentes y cuatro escenarios de penetración solar) y un escenario 2025 sin interconexión. Para cada escenario propuesto se realizan cálculos asociados a la operación de las unidades térmicas de generación, en base a grupos de estudio, tales como: número de partidas, número de horas de operación, razón de ciclaje y seguimiento de carga. Luego se realiza un análisis de sensibilidad de la función de costo de manteniemiento, con el fin de entender la variabilidad en el número de horas de operación equivalente, los costos variables no combustibles (CVNC) y los costos asociados a mantenimiento. A lo largo del presente estudio se demuestra que la operación de las unidades de ciclo combinado y gas natural licuado (GNL) se hace cada vez más variable a medida que se inyecta energía solar FV en la matriz. Lo anterior se ve reflejado en el número de ciclos de encendido/apagado y seguimientos de carga realizado por las unidades, así como también en la disminución en su colocación de energía y número de horas de operación. Sin embargo, debido a la disminución en las horas de operación y energía generada de las unidades de ciclo combinado y GNL es que la cuantificación de este efecto no es directa. Se obtiene que los CVNC del grupo de estudio de unidades de ciclo combinado y GNL, constituido por 27 unidades que en conjunto alcanzan los 4.511 [MW] de potencia instalada, sufren un aumento de hasta 9 [USD/MWh] dependiendo del nivel de penetración FV y la función de costo de manteniemiento utilizada. Por otra parte, el análisis permite determinar que el aumento de los CVNC fluctúa entre los 0,05 y los 0,11 [USD/MWh] por cada 100 [MW] de energía solar FV agregados al parque generador. Asimismo, se demuestra que los costos asociados a mantenimiento del mismo grupo de estudio sufren un aumento superior a los 2.000.000 [USD] anuales dado el aumento en la frecuencia de los mantenimientos realizados por las unidades. Por último, se exponen recomendaciones estudiadas para mitigar los efectos asociados a la operación en ciclaje tales como la interconexión de sistemas, la presencia de energía hidroeléctrica en la matriz o la tecnología de concentración solar de potencia (CSP). De igual manera, como trabajo futuro se plantea el desafío de endogenizar la relación entre los costos de mantenimiento y la operación en ciclaje de las unidades térmicas de generación en el modelo de simulación.

El objetivo general del presente trabajo de título es determinar el impacto dinámico asociado a la conexión de Pequeños Medios de Generación Distribuida (PMGD) sobre un sistema eléctrico, identificando su dependencia con distintas condiciones de la red y de la operación del PMGD. Se espera contribuir al proceso de integración de PMGD, indicando aspectos críticos a considerar en los estudios de conexión. Las razones para la conexión de un PMGD pueden ser múltiples, por ejemplo: disminuir el consumo desde el sistema eléctrico, economizar el suministro de energía ó aumentar la confiabilidad. Adicionalmente estos medios requieren menor capital de inversión y facilitan el uso de energías renovables. A nivel estático su impacto es conocido, encontrando implicancias sobre el nivel de pérdidas, capacidad térmica de equipos y regulación de voltaje; no así desde el punto de vista dinámico. En la actualidad existen leyes y normativas que incentivan y promueven su inserción, siendo las chilenas similares a las internacionales; sin embargo, en ellas no se entregan mayores acotaciones dinámicas, y sólo se indica la desconexión de las máquinas ante condiciones anormales de tensión o frecuencia. La evaluación del impacto se realizó con el uso del software Power Factory de DigSilent, mediante simulaciones sobre un sistema de prueba que busca representar en forma simplificada la interacción entre la red de transmisión y distribución. La metodología de trabajo se basa en la aplicación de contingencias definidas, identificando niveles de tensión y frecuencia para determinar el efecto sobre la red. Se analizan comparativamente las respuestas dinámicas considerando distintos casos, entre ellos, la dependencia con la ubicación y penetración de PMGD en el alimentador, condiciones de generación - demanda, potencia generada y factor de potencia. La conexión de un PMGD en una red de distribución tiene un impacto positivo sobre el voltaje ante contingencias externas al alimentador, acentuándose el efecto cuanto más alejado a la subestación primaria de distribución se conecte; a su vez, repercute negativamente en la frecuencia, originando mayores desviaciones. Las fallas más riesgosas son las producidas aguas arriba del punto de repercusión, ya que generan una isla eléctrica momentánea que puede producir sobretensiones elevadas, que se incrementan en condiciones de demanda mínima y mientras más capacitivo sea el generador. Cuanto más pequeña es la impedancia del conjunto de conexión del PMGD, menor será la desviación de tensión, pero a su vez esto se traduce en un mayor aporte de corriente de falla, lo que atenta contra un funcionamiento adecuado de las protecciones preexistentes en el alimentador. Por otro lado, mientras mayor sea el nivel de cortocircuito en el punto de conexión, la respuesta dinámica es menos sensible a una variación de capacidad del PMGD. Se destaca que los efectos asociados a la conexión de un PMGD dependen ampliamente de las características del sistema, lo que dificulta una generalización. El análisis llevado a cabo, arroja que el impacto no resulta peligroso para el sistema bajo las condiciones de desconexión que se exigen en la actualidad. Las variaciones respecto del escenario sin generador, son por lo general inferiores al 5% del valor nominal. Lo anterior sumado a que la NT SyCS y la NTCO de PMGD no indican rangos transitorios para las variables eléctricas a nivel de distribución, lleva a que el estudio dinámico sea de importancia relativa. La rápida salida del PMGD ante una contingencia resulta práctica y positiva, pero si la penetración en Generación Distribuida es significativa, una perturbación en el sistema de transmisión originaría la desconexión de las máquinas en distintos alimentadores. Por ende, la práctica actual de desconexión no será sostenible y las nuevas normativas deberán determinar claramente en qué casos se deben llevar a cabo estudios dinámicos y definir los rangos admisibles para las variables eléctricas.

Magíster en Ingeniería de Redes de Comunicaciones / Las sociedades modernas son cada vez más dependientes de los suministros de electricidad confiable y segura que aportan al crecimiento económico y la prosperidad de la comunidad. En Chile y en el resto del mundo se piensa contar con varias micro-redes que pueden estar aisladas o pueden apoyar la labor de las plantas eléctricas, llevando a cabo la generación y administración eficiente de energía para determinadas zonas y/o poblaciones distantes. Para la construcción de tales redes es necesario poseer elementos de almacenamiento como baterías y elementos de generación de energía renovables, ya que estos desaceleran el consumo de combustibles fósiles. Para un control eficiente de los elementos de la micro-red existe un considerable número de datos que se deben manejar, tabular y calcular, estos son una herramienta clave en el momento de tomar distintas acciones de generación, almacenamiento o distribución de la energía eléctrica en la red eléctrica. Para el buen manejo de parámetros en la micro-red existen estándares que permiten tener a la mano los datos importantes en tiempo real, ofreciendo velocidad, confiabilidad, interconectividad y un sin fin de buenas características para que de este modo se transporten y gestionen los datos de la mejor manera posible. Uno de los estándares usados en la actualidad que cumple con estas características es el servicio de distribución de datos (DDS, Data Distribution Service) de Object Management Group (OMG). La implementación de este estándar involucra equipos de comunicación configurados con DDS para tener un intercambio de datos entre los distintos elementos de la red. Para el desarrollo de este proyecto se utilizará la versión de software DDS que ofrece la empresa RTI bajo una licencia académica gratuita de un año. Si se desea llevarlo a aplicaciones comerciales la licencia como tal tiene costo. El estándar ha sido implementado a nivel mundial, ya que es rápido, confiable y se pueden configurar de distintas formas para lograr la mayor eficiencia en el intercambio de datos de control y medición. Debido a las buenas características de este estándar, en esta oportunidad se implementará la instalación, configuración y pruebas de este en una red de comunicación compuesta por Single-board Computers (SBC), que son computadores económicos, rápidos, confiables y de fácil adquisición en el mercado. Una vez configurado el estándar de comunicación DDS se pondrá a prueba con la transmisión de la frecuencia de línea, una variable importante en el control y manejo de las micro-redes. Esta prueba de concepto demuestra que se puede recolectar cualquier parámetro de importancia y distribuirla por toda la micro-red.

La presente investigación es de tipo aplicada, de nivel descriptiva y de causa-efecto, se determinó el porcentaje en el que las distorsiones armónicas producidas por los variadores de frecuencia que usan los ascensores del pabellón H de la Universidad Continental, sede Huancayo, afectan a los indicadores de tensión y frecuencia, teniendo en cuenta que existen diversos factores que afectan la calidad, tales como: interrupciones, voltajes transitorios, disturbios, armónicos, ruido de alta frecuencia, factor de potencia y sistemas de tierra. / Tesis

Ingeniero Civil Electricista / Para el sector industrial resulta de suma importancia la calidad y continuidad del suministro eléctrico. Principalmente debido a la alta sensibilidad de diferentes equipos a las variaciones rápidas de voltaje, ocasionando cuantiosas pérdidas monetarias por paradas intempestivas del proceso productivo. Una depresión rápida de la tensión o hueco de tensión se define como una caída momentánea del valor rms de voltaje, que puede producir la operación errónea o desconexión total de un equipo o sistema. Estimar la magnitud y frecuencia de estos fenómenos en las instalaciones del sistema interconectado central chileno se vuelve de gran utilidad a la hora de decidir invertir en nuevas instalaciones o seleccionar puntos de conexión para éstas. El objetivo de este trabajo es estimar estocásticamente la ocurrencia de huecos de tensión en las barras del sistema troncal del SIC. La estimación estocástica emplea datos de falla de las instalaciones y pronostica la ocurrencia de los huecos a través de simulaciones de falla en el sistema, esto último requiere mucho menos tiempo que estimar los huecos de tensión mediante el monitoreo del sistema. Para realizar esta estimación estocástica se calculan las magnitudes del voltaje durante fallas en diversos puntos del sistema y se combina esta información con la tasa de falla de las posiciones de falla consideradas. Los resultados permiten caracterizar el sistema en términos frecuencia y magnitud de huecos de tensión en las distintas barras. De igual manera se encontraron las áreas donde al ocurrir una falla se afecta a barras sensibles del sistema, conocidas como áreas de vulnerabilidad, se contempló una para cada zona norte, centro y sur del sistema. Los resultados muestran que la zona norte del sistema interconectado es la que experimenta más huecos de tensión de severidad media a profunda durante un año, y que la zona sur es la que menos se ve afectada por huecos severos. Lo anterior justificado por la topología del sistema en la zona norte, líneas largas de un circuito y poca generación. Las áreas de vulnerabilidad encontradas son extensas para las tres barras estudiadas, siendo las fallas en el sistema de transmisión de 500 kV las que afectan a mayores zonas geográficas en términos de huecos de tensión. Con esta información la planificación del sistema tiene otra herramienta para tomar decisiones técnico-económicas que ayuden al correcto desarrollo del sistema eléctrico.

Para efectos del presente trabajo, se detallará la estructura actual del mercado eléctrico peruano, incluida la composición de los sistemas de transmisión y distribución del Sistema Eléctrico Interconectado Nacional (SEIN), para posteriormente analizar la figura de los mandatos de conexión, así como los principales criterios adoptados por el Regulador al momento de emitirlos. Finalmente, y a la luz de los vacíos legales identificados en la normativa actual, se proponen algunas modificaciones regulatorias, con su respectivo análisis costo-beneficio, para lo cual se ha utilizado la Metodología de Impacto Regulatorio (MIR) elaborada por la Gerencia de Políticas y Análisis Económico del Osinergmin. Existe confianza en que las modificaciones propuestas harán que las solicitudes de conexión a estas infraestructuras esenciales sean atendidas de manera eficaz y oportuna, de forma que se minimicen los costos de transacción para los actores involucrados y se garantice la confiabilidad del SEIN, lo cual redundará, en última instancia, en un beneficio para la sociedad.

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.