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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.

Ingeniero Civil Electricista / Chile es un país de una geografía bastante peculiar, debido a esto existen localidades aisladas de los grandes sistemas eléctricos que proveen energía al país. Considerando además de este hecho, que el país cuenta con un potencial energético de energías renovables no convencionales importante, que no está siendo explotado. El Centro de Energía de la Universidad de Chile, ha instalado una microrred con generación distribuida que incorpora recursos renovables en la localidad de Huatacondo, ubicada en la primera región. Esta microrred está diseñada para operar con un EMS (Energy Management System), que realiza los despachos de las unidades, de manera de optimizar los costos de generación. Las entradas relevantes del EMS corresponden a predicciones de los recursos y carga de la microrred. La finalidad de este trabajo corresponde a incorporar un nuevo enfoque en el EMS que opera actualmente en Huatancondo incorporando modelos de predicción para sus entradas que incluyan su incertidumbre. Para lograr esto se diseñaron los modelos de predicción para la potencia eólica de la microrred, ya que es la unidad de generación que presenta mayor incertidumbre dentro de la microrred por lo que sus resultados son significativos para el estudio. Este nuevo enfoque robusto para el EMS permite tomar en cuenta la incertidumbre asociada a la predicción de potencia del aerogenerador. Se utilizaron datos históricos reales de velocidad del viento de la localidad de Huatancondo y de potencia eólica obtenida a partir de la curva de manufactura del aerogenerador de su microrred, además se contó con datos de predicción de velocidad del viento mesoescala proporcionados por el departamento de Geofísica de la Universidad de Chile. También para simular el funcionamiento de la microrred agregando los cambios propuestos, se utilizó un simulador del optimizador del EMS de la microrred de Huatacondo. Se estudiaron modelos lineales AR, ARX y el modelo difuso TS para predecir la potencia eólica, determinando bajo el criterio del menor error cuadrático medio, que el mejor modelo para predecir la potencia del aerogenerador era el modelo TS. Luego para representar la incertidumbre del modelo de predicción seleccionado se analizaron dos técnicas para generar intervalos de confianza difusos, mediante una optimización y mediante varianza resultando más práctica para este estudio la primera. Finalmente se aplicaron las técnicas estudiadas para diseñar un EMS robusto, para ello se aplicó la modelación TS para predicción de la potencia eólica, y a través del intervalo de confianza se determinaron nuevos despachos para el generador diesel y el banco de baterías de la microrred que reflejaran la incertidumbre de predicción. En base a los resultados fue posible notar que efectivamente una mejora en el modelo de predicción de la potencia eólica, resulta en una optimización que obtiene menores costos ya que se acerca más a las condiciones reales. Además se pudo concluir que el enfoque robusto conlleva mayores costos, que el enfoque convencional, pero brinda una mayor seguridad, otorgándole respaldo al sistema por un aumento de costo.

Ingeniero Civil Eléctrico / El actual interés mundial por incentivar el uso de energías renovables ha gatillado una apertura masiva a los medios de generación no convencionales, lo que conlleva a una evolución de los sistemas eléctricos de potencia (SEP). En efecto, ya no son sólo las empresas de generación quienes pueden proveer de energía al sistema, sino también los consumidores a través de medios de generación denominados Generación Distribuida (GD). En vista de los incentivos actuales a nivel país para la instalación de GD, como lo es la reciente ley de facturación NetBilling, sumado a la disminución de los costos de inversión de dichas tecnologías, es posible prever que en un futuro existan altos niveles de penetración de GD residencial conectados al Sistema Interconectado Central (SIC). En vista de lo anterior y la carencia de estudios que indiquen los efectos dinámicos de la GD sobre el SEP, resulta indispensable realizar estudios de estabilidad a nivel sistémico frente a escenarios de alta penetración de GD de forma tal de mantener la seguridad del sistema. En el marco anterior, el objetivo general del presente estudio es determinar el desempeño dinámico del sistema frente a altos niveles de penetración de GD residencial fotovoltaica conectados en el mayor centro de consumo del SIC: la Región Metropolitana. Asimismo, se busca establecer para qué tipo de estudios es adecuado modelar la GD de forma dinámica en vez de considerarla como carga negativa . De forma tal de alcanzar dichos objetivos, se llevan a cabo simulaciones dinámicas para diferentes escenarios de penetración de GD, mediante el programa computacional DigSilent Power Factory en un modelo del SIC proyectado al año 2020. Concretamente, se definen escenarios de penetración de GD del 0%, 10%, 20% y 30% con respecto a la demanda total del sistema. Adicionalmente se evalúa la respuesta dinámica para distintos requerimientos de desconexión de la GD durante contingencias en el sistema. Los resultados indican que la situación más crítica para la estabilidad de frecuencia del sistema se presenta cuando la GD es desconectada debido a fuertes caídas de tensión en la red. Se determina que en el escenario de 30% de penetración, la GD debe ser reconectada a más tardar 2,2 segundos después de que las variables del sistema (tensión y frecuencia) se restablezcan dentro de la banda de operación de los inversores de la GD, con el fin de evitar la inestabilidad de frecuencia. Con respecto a la modelación de la GD, se valida la pertinencia de considerar la GD como carga negativa en estudios donde ésta esté obligada a permanecer conectada durante el transcurso de una contingencia, aun cuando la tensión y frecuencia estén fuera de las bandas de operación de los inversores de la GD. Finalmente, como trabajo futuro se propone realizar estudios de estabilidad de ángulo de rotor frente a altas penetraciones de GD, como también considerar en detalle el efecto de los elementos que componen las redes de distribución. Se propone igualmente el estudio de estabilidad frente a eventos transitorios propios de la tecnología fotovoltaica, tal como variaciones abruptas de potencia debido a eventos meteorológicos que produzcan cambios intempestivos de la radiación solar.

Chile es un país que posee una alta dependencia energética de combustibles fósiles que se deben importar, por lo que ha debido impulsar el uso de energías renovables no convencionales (ERNC) en generación eléctrica. Este plan, en un futuro próximo, traerá consigo una incorporación masiva de medios de generación no convencionales (MGNC) en los sistemas interconectados del país. Para aquellos nuevos inversionistas que quieran participar en el sector de generación mediante ERNC, el presente trabajo de título da a conocer, de una forma clara y simplificada, la información acerca del mercado y sector eléctrico, con el objeto de entender la operatividad y el manejo desde una perspectiva técnica, comercial y legal de este sector. En este trabajo se realizó una revisión exhaustiva de todas las materias relacionadas con ERNC, introduciendoal lector en el concepto de Generación Distribuida, Bonos de Carbono, Mercado y Sector Eléctrico Chileno. Además, se efectuó un estudio técnico, económico y regulatorio relacionado con MGNC en sistemas interconectados. Para verificar el impacto que causa el ingreso de un pequeño medio de generación distribuida (PMGD) en un alimentador real, se realizaron simulaciones con el programa Power Factory de DigSILENT. Se estudiaron detalladamente, las principales variables y efectos que se producen en la incorporación de PMGD en sistemas de distribución de media tensión. Para ello, se desarrollaron dos estudios de impacto eléctrico: un Estudio de Flujo de Potencia y un Estudio de Costos de Pérdidas. De los análisis y simulaciones realizados se observa lo siguiente: Uno de los incentivos más relevantes que se han creado normativamente, ha sido el sistema de cuotas de ERNC. Este mecanismo de apoyo a las ERNC, impulsado en Chile, busca financiar el costo adicional de la generación con MGNC y garan­tizar la producción de una cierta cantidad de energía proveniente de fuentes de energía renovable, pero aún no se han creado las herramientas para evitar la incertidumbre que existe con respecto a este sistema. Los estudios de impacto eléctrico deben dejar en claro cuál es el impacto que produce la incorporación de un PMGD ya sea, en equipos eléctricos, protecciones, entre otros. No se debería exigir mayor nivel de detalle que el que se les exige a estudios de proyectos de generación tradicional. Se pudo determinar que no siempre el ingreso de un generador distribuido disminuye las pérdidas en la red de distribución donde está conectado, el que aumente o disminuya el nivel de pérdidas con respecto al caso sin PMGD, depende de la configuración de la red, distribución de cargas y punto de conexión dentro de red eléctrica correspondiente, por lo que en cada proyecto se debe estudiar en forma independiente el impacto que generará el PMGD en la red de distribución. Se observa la relevancia de encontrar una ubicación apropiada para el PMGD, que permita una alternativa técnicamente viable y además, permita reducir los costos de conexión. Es conveniente que el estudio de flujos de potencia se realice en forma simultánea con el estudio de costo de pérdidas eléctricas, debido a que la valorización de las pérdidas permite desechar o elegir una alternativa de conexión, por su gran influencia en los costos de conexión. El desarrollo del presente trabajo de título permitió definir ciertas líneas de investigación que se necesitan estudiar para poder fomentar el ingreso de MGNC en sistemas interconectados. Sobre la base de lo anterior, este trabajo de título plantea una guía técnica, económica y regulatoria para el ingreso de MGNC en sistemas interconectados y se espera sea una base para futuras investigaciones, relacionadas especialmente, con MGNC y Generación Distribuida.

Ingeniero Civil Eléctrico / El avance en el desarrollo de tecnologías de GD ha permitido la introducción de pequeñas unidades de generación que aprovechan fuentes de energía convencionales y no convencionales a la red de baja tensión. Los beneficios que presenta la masificación de la GD desde el punto de vista medioambiental, social y técnico hacen que surja la necesidad de derribar las barreras que conlleva la incorporación de este tipo de tecnologías a la red de distribución. En ésta memoria es de particular interés el estudio de la convivencia entre la integración de GD y los sistemas de protección, teniendo como objetivo general formular una metodología que permita resolver la problemática asociada. Dicha metodología considera atributos como selectividad, sensibilidad, calidad de servicio y asimismo da cuenta de problemas como pérdida de coordinación y operación en isla, entre otros. Para validar la metodología se implementaron dos redes de estudio en el software DigSILENT Power Factory 15: un alimentador rural correspondiente al área típica 3 y uno urbano residencial perteneciente al área típica 1, provistos por Conafe y Chilectra respectivamente. Se integraron como tecnologías de generación PV y Cogeneración (CHP). Ante esto se analizó el escenario de demanda correspondiente al punto de mayor radiación para el caso de generación PV y de demanda valle para el caso de CHP. Por otro lado se implementaron dos esquemas de protección en cada una de las redes: fusibles y relés direccionales. La integración de generación fotovoltaica no produjo problemas en las redes protegidas por fusibles, incluso hasta con un 100% de penetración debido a su poco aporte al cortocircuito. Por otro lado, los generadores sincrónicos (CHP) produjeron que se perdiera sensibilidad y selectividad en ambos alimentadores. El esquema de relés direccionales respondió de manera sensible y selectiva ante la integración del 100% de ambas tecnologías dado el carácter programable de estos dispositivos. Sin embargo, lleva al sistema a formación de islas. El transitorio hacia este nuevo estado lleva a la red a estabilizarse en valores aceptables a partir del 60% de penetración en la red urbana y 80% en la red rural. Como trabajo futuro se propone la integración de generación eólica como GD con el fin de analizar el efecto en las protecciones de su aporte al cortocircuito. Desde el punto de vista de la formación de islas se propone realizar un análisis de esquemas de control de frecuencia y tensión y además evaluar esquemas de protección en la red aislada.

El concepto de calidad de servicio en redes eléctricas ha tenido un fuerte impulso desde la década de los 80, abarcando un amplio rango de fenómenos individuales, muchos de los cuales son conocidos por la ingeniería con anterioridad a este concepto. Es decir, lo que se ha incorporado es una visión de cómo se debe tratar un problema específico, observando el sistema como un todo y no centrándose en el problema individual. El micro corte es un fenómeno electromagnético, considerado dentro de servicio como una variación de suministro de corta duración. Los micro cortes son reducciones de corta duración de voltaje RMS. Las principales causas de este fenómenos son los cortocircuito y partidas de grandes motores industriales. Se vuelve de importancia el estudio del micro corte debido a los problemas que éste produce en otros dispositivos como: reguladores de velocidad, computadores, equipos de los procesos de control, generadores y motores industriales. Algunos de ellos, muy sensibles a este tipo de anomalía, se desconectan en presencia de disminuciones del valor RMS de la tensión. Los micro cortes de suministro no generan daños significativos para la industria como las interrupciones de corta o de larga duración, las que son menos comunes. Por otro lado, el micro corte se da más veces al año, produciendo un daño total mayor por micro corte que por interrupciones de suministro. Si este fenómeno se repite durante los meses, en un punto particular de una red eléctrica, dentro de un año las desconexiones por causa de micro cortes se vuelven considerables, produciendo pérdidas y deteriorando los equipos.

El presente trabajo consiste en la modelación de un compensador estático para el control de generación distribuida con energías renovables. El objetivo es que esta modelación represente una microred básica en la cual se pueda observar el comportamiento de un pequeño medio de generación, como por ejemplo una micro turbina hidráulica, en un ambiente de generación distribuida. El modelo debe ser capaz de simular requerimientos violentos de potencia y, también, el control, como por ejemplo un compensador estático, diseñado para mitigar los efectos negativos que esto trae, como por ejemplo problemas de frecuencia y voltaje. Se busca obtener un modelo sencillo e implementarlo con el software Matlab a través de su herramienta de simulación con entorno gráfico Simulink con la ayuda de las herramientas disponibles en el Toolbox SimPowerSystems. Con el fin de contextualizar los conceptos de generación distribuida, energías renovables y equipos de compensación estáticos, se hace una revisión del contexto mundial sobre el problema energético y las medidas que se han adoptado en otros países como la liberalización del mercado energético para la integración de generación distribuida. Se presentan las alternativas comunes que se utilizan hoy en día para el control de generación desde las más sencillas hasta las más elaboradas. También se revisan los distintos tipos de equipos de compensación FACTS, en particular los equipos de compensación de potencia activa y los sistemas de almacenamiento de energía, existentes en el mercado. Para poder introducir el modelo en Matlab-Simulink, se presentan algunos esquemas de control típicos para equipos STATCOM y SVC en los que está basada la modelación y los bloques que conforman el sistema de control simulado. El modelo diseñado, fue ajustado para trabajar en una microred en presencia de una carga resistiva y una carga inductiva que es conectada a la microred mediante un interruptor trifásico. La carga inductiva fue conectada 0.5 segundos después del inicio de la simulación provocando una baja de tensión en la línea hasta los 0.92[pu] que es restablecida hasta su valor unitario en aproximadamente 0.16[s] por la acción del dispositivo modelado. Se concluye que el esquema de STATCOM basado en inversores VSI presentan características operativas atractivas para la generación distribuida dada su rapidez de respuesta y la posibilidad de aportar su capacidad nominal en condiciones severas de funcionamiento.

Ingeniero Civil Eléctrico / En los últimos años, la integración de fuentes de generación distribuida dentro los sistemas eléctricos ha emergido como un tema crítico impulsado principalmente por motivaciones ambientales e incentivos económicos. En este contexto, la utilización de convertidores fuente de voltaje (VSC, Voltage Source Converters) como interfaz generador-red ha cobrado cada vez más importancia, pues permiten operar y controlar los sistemas de generación, desempeñando un rol esencial en redes desbalanceadas. En el contexto de una red desbalanceada, aparecerán oscilaciones de potencia de doble frecuencia en la red, siendo reflejadas como ripple en el DC-link de un VSC. En la red, las oscilaciones de potencia activa pueden causar excesivo ruido y estrés mecánico en generadores sincrónicos, mientras que la potencia reactiva oscilante puede causar pérdidas excesivas sobre el sistema eléctrico. Análogamente las oscilaciones de potencia en el DC-link pueden afectar negativamente al desempeño de sistemas energizados por paneles solares, baterías y celdas de combustibles, reduciendo su eficiencia, vida útil y la confiabilidad en el largo plazo. Además, a causa de estas oscilaciones podría haber un eventual disparo de las protecciones por sobre tensión en el caso del DC-link, o por sobre corrientes en el convertidor lado red. En virtud de lo anterior, se han desarrollado distintas estrategias para controlar los VSC usando principalmente corrientes de secuencia positiva y negativa. Mediante estas corrientes los objetivos de control que se buscan conseguir son: compensación de oscilaciones de potencia activa en la red, potencia reactiva constante, corrientes balanceadas, DC-link sin ripple, entre otros. Dado que los grados de libertad que otorgan estas corrientes no son suficientes para alcanzar todos los objetivos de control que se quisieran, se podrían presentar significativas oscilaciones de potencia activa y/o reactiva de doble frecuencia de red o corrientes desbalanceadas de elevada magnitud. De manera alternativa se han propuesto nuevas estrategias de control usando corriente de secuencia cero y de este modo aumentar los grados de libertad, sin embargo la principal desventaja de estas estrategias es que pueden llegar a necesitar elevadas corrientes de secuencia cero, lo cual no siempre es posible de obtener según los límites nominales del sistema En este trabajo se propone una extensión de la estrategia de control que utiliza secuencia cero, permitiendo trabajar con corrientes de secuencia positiva, negativa y cero dentro de un esquema colaborativo. La estrategia propuesta tiene la capacidad de compensar las oscilaciones de potencia en el DC-link manteniendo las corrientes de fase y del neutro dentro del límite nominal, y mitigar las oscilaciones de potencia activa y reactiva de la red. Para lograr esto, la estrategia es diseñada utilizando MATLAB y simulada en el software PLECS con el fin de estudiar su comportamiento, y luego validada experimentalmente usando la plataforma de control dSPACE DS1103.

Submitted by ADRIANA LOPEZ VARGAS (adrialovargas@gmail.com) on 2016-04-14T14:20:54Z No. of bitstreams: 1 Analise de oportunidades de poligeração para edificações e cidades - Adriana Lopez Vargas.pdf: 3896010 bytes, checksum: 3c34d108a2a908648717c9ac5860cd3d (MD5) / Approved for entry into archive by Felipe Augusto Arakaki (arakaki@reitoria.unesp.br) on 2016-04-18T16:55:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 vargas_al_me_guara.pdf: 3896010 bytes, checksum: 3c34d108a2a908648717c9ac5860cd3d (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-18T16:55:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 vargas_al_me_guara.pdf: 3896010 bytes, checksum: 3c34d108a2a908648717c9ac5860cd3d (MD5) Previous issue date: 2016-02-24 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / A geração de energia distribuída em edificações e cidades tem sido proposta como uma importante alternativa para que os países ampliem a base tecnológica de suas matrizes energéticas. No caso do Brasil, a possibilidade da incorporação da geração distribuída em edificações apresenta amparo legal por meio de recentes regulamentações do setor elétrico e das normas de melhoria da eficiência energética de edificações. Por estas razões, novos empreendimentos imobiliários com visão de sustentabilidade ambiental, estão avaliando o uso da geração distribuída na etapa de planejamento. Nesta dissertação, foi analisada uma proposta para atender as necessidades energéticas de um hospital (vapor, água quente, resfriamento e eletricidade) considerando as informações de demanda, classificadas em oito dias típicos do ano, dois por cada estação do ano (outono, inverno, primavera e verão) sendo um dia de trabalho normal e outro de final de semana. A proposta consiste na otimização de uma superestrutura composta de diferentes tecnologias de geração e cogeração incluindo equipamentos solares, para assim obter a melhor configuração em termos econômicos. A superestrutura é flexível, ou seja, permite a venda ou compra de eletricidade e analisa três casos, verificando-se a viabilidade de gerar mais eletricidade. Finalmente são apresentados os resultados da configuração final obtida pela otimização. / Distributed generation in buildings and cities has been proposed as an important option for countries in order to include more technologies in their energy mixes. In Brazil, the possibility of including distributed generation in buildings has recent advances in energy policy and building energy efficiency standards. For these reasons, new construction projects of sustainable buildings include the assessment of distributed generation in the initial stages. In this work, we present an approach for attending energy needs (steam, hot water, cooling and electricity) of a hospital. The information about demand is classified in eight typical days, two for each season of the year (autumn, winter, spring and summer); a workday and a weekend day. The approach consists in the optimization of a superstructure containing different energy generation and cogeneration technologies like solar panels, for obtaining the best configuration in economic terms. The superstructure is flexible, this is, it allows buying or selling electricity. It also analyzes three cases, verifying the feasibility for generating more electricity. Finally, the results present the final configuration obtained from the optimization process.