Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / En la actualidad, la flexibilidad en la operación de sistemas eléctricos, que consiste en la habilidad del sistema de adaptarse dinámicamente a los cambios de condiciones, por ejemplo, balanceando generación y demanda por horas o minutos, o desplegando nueva generación o recursos de transmisión en periodos de años, siendo especialmente atendida en los sistemas actuales con altos niveles de penetración de generación variables como solar y eólica. La flexibilidad de Sistema Eléctricos de Potencia (SEP) mezcla la operación económica y operación técnica, lo cual se ha abordado en esta tesis como una problemática de un proceso maestro-esclavo, siendo la operación económica descrita como el problema maestro y la operación técnica como el problema esclavo. Este último problema se responsabiliza de la estabilidad del sistema y de manejar los recursos para superar cualquier contingencia. Los fenómenos dinámicos que se presentan en los SEP tienen diferente naturaleza así como elementos que los causan, sin embargo lo que los expertos concuerdan es que para que un sistema sea estable, éste debe tener la capacidad de operar en todo instante de tiempo dentro de sus parámetros de tensión, ángulos y frecuencia controlables independientemente de la configuraciones del sistema, contingencias y/o parque generación para abastecer una demanda dada. Los adelantos en los dispositivos IGBT (del inglés Insulated Gate Bipolar Transistor) que son componentes relevantes de la transmisión HVDC-VSC (del inglés High Voltage Direct Current Voltage Source Converter) han introducido importantes mejoras en la estabilidad de SEP comparación a los sistemas HVDC basado en tiristores. En este sentido, la posibilidad de aportar reactivos al sistema y alimentar a redes pasivas ha sido un gran avance principalmente en redes débiles y en islas eléctricas (como los Sistemas Medianos en Chile), son algunos de los ejemplos de estas perfecciones. El objetivo general de esta tesis corresponde a diagnosticar el aporte de los enlaces HVDC-VSC en la flexibilidad de los sistemas interconectados como en el caso de futuras uniones regionales. Para ello primero se analiza de qué manera se debe modelar el enlace para capturar el fenómeno que se requiere estudiar y su respuesta dentro de varios componentes eléctricos. En segundo lugar la definición de estabilidad en SEP y cómo interactúan cada uno de los componentes eléctricos. En tercer lugar las formas actuales de tipo de conexiones existentes y todas las ventajas/desventajas de tomar conexión sincrónica, o en base a solo enlaces HVDC o híbridas. Por último, se presenta la metodología de incorporación de los enlaces HVDC-VSC en SEP para estudios dinámicos/estáticos realizando las simplificaciones y/o mejoras tanto al detalle del modelamiento de sus componentes físicas como de su control. Con lo anterior, se implementan 3 SEP en los cuales se incorporan los enlaces, observando una mejor respuesta dinámica y estática al tener presente los enlaces HVDC-VSC, permitiendo identificar las mejoraras en la flexibilidad. Los sistemas implementados se basaron en desplegar mayores recursos de control para el caso de las simulaciones dinámicas, lo que lleva a un mejor comportamiento dinámico del sistema (mejor coeficiente de amortiguamiento) y en el caso de las simulaciones estáticas se logra re-direccionar flujos lo que entrega una flexibilidad de red de transmisión. Las simulaciones dinámicas demuestran que la incorporación de los enlaces aumenta el amortiguamiento de las oscilaciones electromecánicas incrementa la respuesta dinámica del sistema teniendo mayores recursos que aporte a la estabilidad del SEP, mientras que las simulaciones estáticas demostraron que la flexibilidad de red permite desplegar mayores recursos del sistema mejorando la utilización de sistema de transmisión y por consiguiente mejorar la seguridad del sistema para abastecer la demanda en cualquier línea temporal.

No autorizada por el autor para ser publicada a texto completo / En Chile se proyecta en los próximos años la construcción de una línea de transmisión en corriente continua de alto voltaje (HVDC) de 2000 km. Los enlaces HVDC presentan ventajas comparativas, de tipo operacional y económico, con respecto a la transmisión tradicional cuando cubre distancias sobre los 800 km. Uno de los principales desafíos de esta tecnología es que su operación requiere el consumo de potencia reactiva para el proceso de conversión, el que puede alcanzar valores cercanos al 50% de la potencia activa transmitida. Para el caso chileno se estima que el valor de la compensación ascendería a 1300 MVAr en los extremos de la línea, por ello potenciales déficits de potencia reactiva impactaría directamente en la estabilidad tensión de la red eléctrica. El objetivo general de este trabajo de memoria es estudiar el impacto en la estabilidad de tensión que provoca un enlace HVDC en un Sistema Eléctrico de Potencia. La metodología para abordar este problema, se basa en estudios cuasi-estáticos, centrados en las ecuaciones estáticas del sistema y sus respectivas linealizaciones, con los cuales se estima el grado de estabilidad de la zona de operación. Las principales técnicas para determinar indicadores de estabilidad de tensión se basan en una combinación de la sub-matrices del Jacobiano del método Newton-Raphson, con las cuales se obtiene una relación directa entre las potencias reactivas inyectadas a las barras y los módulos de la tensión de estas (matriz Jacobiana reducida). En este trabajo se combinan los valores y vectores propios de la matriz Jacobiana reducida a fin de obtener el indicador de sensibilidad de tensión. La plataforma de trabajo utilizada es MATLAB con la que se obtienen las variables de estado, matriz Jacobiana reducida y valores de sensibilidad. Para las redes AC incorporadas a este trabajo se utiliza una combinación de programas de análisis DigSilent y MATLAB, con los que se obtienen indicadores de estabilidad de tensión con errores menores al 1%. Para redes AC/DC se trabaja solo con Matlab en los trabajos documentados, obteniendo errores menores al 1% y 7% en las variables de estado AC y DC respectivamente. Para sistemas de modelación simplificada (enlace HVDC más dos barras AC) se concluye que la incorporación de enlaces HVDC impacta de manera negativa en la estabilidad de tensión cuando el sistema AC es débil y no existe una estrategia adecuada de control. Para sistemas extendidos (enlace HVDC más multi-barras AC) se concluye que la estabilidad de tensión no sólo se basa en la robustez del sistema y forma de control del enlace, sino además, las cantidades de potencia activa y reactiva en sus extremos y la metodología de convergencia adoptada en el flujo de potencia, esto debido a que la estabilidad de tensión depende del estado del sistema.