Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / Los dispositivos de almacenamiento de energía en particular las baterías de ion-litio han sido ampliamente utilizados en aplicaciones como: electrónica de consumo, vehículos eléctricos y sistemas de potencia con el fin de proveer confiabilidad, seguridad, rentabilidad y eficiencia; por esta razón es necesario analizar distintas configuraciones de packs modulares de baterías de acuerdo a los requerimientos de cada aplicación. En este sentido el objetivo del presente trabajo es desarrollar e implementar una estrategia de control capaz de manejar inteligentemente la energía de un pack modular de baterías de ion-litio minimizando su degradación con respecto a una métrica de desempeño dentro de la operación de una nano-red. La gestión de la energía de la nano-red se hace a través de un despacho económico con alto nivel de penetración de energía renovable que considera el rango de oscilación del estado de carga del pack modular de baterías en el contexto de su degradación; con el fin de definir una combinación óptima de las unidades de generación al mínimo costo de operación y alimentando la demanda eléctrica. Las simulaciones del caso de estudio se llevan a cabo a través de una plataforma económica-degradación que contempla el almacenamiento real de cada batería del pack a través de la actualización de su energía máxima durante todo el horizonte de evaluación. La métrica de desempeño denominado Caso Base utiliza una batería de 100Ah para alimentar la demanda eléctrica de la nano-red por una autonomía energética de 8 horas como máximo, la cual es comparada versus todos los casos de estudio propuestos: Caso Sobredimensionado utiliza una batería de 150Ah, pack modular de 2 baterías analizado en dos casos de estudio: Caso A de (80-40Ah) y Caso B de (100-50Ah), pack modular de 3 baterías de (80-40-20Ah) bajo dos políticas operacionales de restricción del estado de carga diferentes (PO1 y PO2). En todos los casos de estudio la política operacional permite entregar la misma energía que la métrica de desempeño así como también el costo de inversión de todas las configuraciones es comparable. Finalmente los resultados muestran que todos los casos propuestos suministran la demanda eléctrica de la nano-red durante todo el horizonte de evaluación; destacando que todas las configuraciones logran una duración extra respecto a la métrica de desempeño. Por ejemplo el pack modular de 3 baterías PO1 presenta una duración extra en las tres baterías de 22, 16 y 30 meses respectivamente teniendo una inversión superior en 620 USD respecto al Caso Base. En consecuencia se puede concluir que la decisión final de selección del diseño modular obedece al criterio del ejecutor del proyecto y a la necesidad del sistema, de tal forma que si la inversión del pack modular es superior en el corto plazo la degradación de las baterías será menor en el largo plazo lo que permite generar mayor rentabilidad.

Ingeniero Civil Eléctrico / Los últimos años el cambio climático, los avances en tecnología y la creciente explotación de las fuentes renovables de energía han motivado investigación y desarrollo en torno a la incorporación de estas fuentes a los sistemas eléctricos. Dicha incorporación se ha dado a gran escala en el sector de generación, pero también ha tomado fuerza el último tiempo el desarrollo de micro y nano redes. Estas redes más pequeñas que cuentan con generación mediante fuentes renovables pueden operar conectadas al sistema de distribución o también en modo isla, es decir, de forma autónoma. Por otro lado, el desarrollo de la urbanización ha ido creciendo. En este ámbito, para poder llevar energía eléctrica a nuevos lugares se necesitan expansiones en las redes de distribución (y transmisión en caso de ser necesario), las cuales requieren grandes inversiones. Una alternativa a esto es la generación distribuida o generación en los lugares de consumo en MR o NR. En este trabajo se propone una metodología para diseñar MR y NR, que consta de un modelo matemático para optimizar su tamaño. La metodología se prueba para distintos escenarios geográficos y de consumo. Los resultados, comparados con una herramienta especializada (HOMER), muestran que el modelo funciona correctamente y entrega un resultado cercano al óptimo. Así, se tiene un modelo simple, con pocas variables a considerar y que reduce el tiempo de cálculo considerablemente. Luego, se propone una estrategia de control para operar la NR y demostrar que el dimensionamiento entrega una solución que es estable. El esquema de control primario está basado en control Droop, con el que se controla tensión y frecuencia de la red. Los casos de estudio muestran que la NR se comporta de buena manera ante variaciones en el consumo y generación. Con esto se tiene una metodología de diseño simple, rápida y que entrega buenos resultados para dimensionar NR, especialmente de bajo consumo. Se pueden dimensionar los módulos de forma correcta gracias a que, al tener menos unidades de generación y almacenamiento, el error que hay en el cálculo de su desempeño es menor. Dado esto, simplificar ecuaciones sacrificando detalle, permite tener un resultado correcto (similar al de los cálculos más detallados hechos por herramientas especializadas) en menor tiempo.