La creciente preocupación por la calidad de producto (tensión) en los sistemas eléctricos industriales (minería) provoca que los responsables de su operación consideren la opción de instalación de equipos que inyecten energía reactiva al sistema. La presente tesis ha sido realizada con el objetivo de demostrar la influencia de la ampliación de demanda en la calidad del suministro del sistema eléctrico Quebrada Honda, Southern en los años 2017-2019. Bajo un método de investigación básico explicativo, debido a que el proceso del estudio consiste en examinar todos los componentes del sistema eléctrico, así establecer pautas y consideraciones de análisis relacionada con el tema en diferentes centros de producciones mineras donde las condiciones y experiencias sean similares en el tema que se desarrolla.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / La suficiencia es un aspecto crítico en el desarrollo de un sistema eléctrico. La evolución de la capacidad instalada en el largo plazo queda determinada por las condiciones y estructura del mercado, el crecimiento de la demanda y las circunstancias a las que se ve sometido el sistema, las cuales inducen decisiones de corto plazo que impactan la suficiencia en un horizonte más amplio. Para un sistema hidrotérmico es importante tomar en cuenta que la variabilidad inherente del recurso hídrico sumada a las condiciones del sistema térmico y del sistema de transmisión, pueden conducir a la incapacidad de suplir la demanda por periodos largos de tiempo. En el caso del sistema chileno, la estructura del mercado cuenta con un instrumento para enfrentar esta última condición - el decreto de racionamiento - el cual permite al regulador intervenir el orden normal del sistema para eliminar, o al menos aminorar, los efectos negativos propios de la situación de escasez y así proteger a los clientes. El diseño del plan para dar forma al racionamiento es complejo puesto que incluye medidas que buscan reducir el consumo a través de la modificación de la demanda, las cuales tienen diferentes características y efectos. El análisis del estado del arte relativo a los temas de coordinación hidrotérmica de largo plazo y racionamiento da cuenta de que no existe una metodología concreta para diseñar y analizar planes que permitan enfrentar distintos escenarios de escasez. El presente trabajo aborda esta problemática, enfocándose en determinar el conjunto de medidas aplicadas a la demanda que resulte más adecuado para resolver la situación que encara el sistema. Este objetivo conduce a una serie de resultados preliminares necesarios para dar forma a la metodología; el análisis del estado del arte en los tópicos antes mencionados, el estudio de índices que den cuenta de la proximidad de déficit o racionamiento, la definición de los estados relativos a la suficiencia de un sistema hidrotérmico en el largo plazo y la creación de una base de medidas con las características necesarias para evaluar su efecto sobre la demanda. Adicionalmente, se describe la herramienta computacional desarrollada, la cual implementa las rutinas de cálculo y optimización requeridas en la metodología y que está asociada a la plataforma de análisis SEEDS (Java/Cplex) creada en el Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Chile. Tanto la metodología como la herramienta computacional son validadas a través de un caso tutorial simple que ilustra el procedimiento de uso y da cuenta del potencial de su aplicación en conjunto. Posteriormente se analiza el Sistema Interconectado Central (SIC) de Chile para estudiar la situación a inicios del año 2011, momento en el cual el regulador decretó racionamiento preventivo. El resultado obtenido al aplicar la metodología justifica el régimen de racionamiento en ese entonces, considerando que una situación de alerta se genera cuando la probabilidad de déficit es mayor a un 5\%. Además, se determina que la estructura más adecuada para el plan de control de demanda consta sólo de la medida de reducción de voltaje en distribución, cuya oportuna ejecución permite que el sistema retorne al estado normal sin mayores costos de implementación. Se concluye que la metodología es adecuada y que el desarrollo cumple con los objetivos planteados. El trabajo sienta las bases para continuar con el análisis formal de planes de racionamiento a través de la modelación de otras medidas utilizadas en periodos de déficit y presenta además potenciales espacios para combinar esta metodología con otros elementos relevantes, como la elasticidad precio de la demanda.

Estágio realizado na REN-Redes Energéticas Nacionais e orientado pela Eng.ª Maria José Clara / Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores - Major de Energia. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

En esta tesis se realiza un estudio para reducir el número de medidores que se necesitan para implementar controladores en convertidores AC-DC. Además, se investiga la aplicación de estrategias de control no lineal con el propósito de mejorar el desempeño del convertidor. Varios medidores reales de tensión y corriente son reemplazados por medidores virtuales basados en observadores de estados. Debido a que existen no linealidades propias del convertidor o que provienen del tipo de carga, se utilizan observadores no lineales a los fines de poder garantizar una correcta estimación de las variables en todo el rango de operación del convertidor. Para construir los medidores virtuales se emplean observadores no lineales de orden reducido. En esta tesis se utilizará una transformación de las señales medidas que permite obtener una dinámica lineal del error de estimación. De esta manera, el error de estimación converge sobre una trayectoria exponencial, y es posible emplear técnicas lineales clásicas para la sintonización del observador no lineal propuesto. Para el diseño del contro-lador se utiliza la técnica de linealización por realimentación y transformación. La transformación utilizada considera dos salidas alternativas que difieren de aquellas que se encuen-tran, generalmente, en la mayor parte de la literatura. El propósito de esta elección es lograr una linealización completa entrada salida, lo que permite eliminar la dinámica interna del convertidor y obtener una regulación de la tensión de DC más eficiente. / A study to reduce the number of sensors needed to imple-ment controllers in ACDC converters is developed in this thesis. The application of nonlinear control strategies to improve the converter performance is also investigated. Several actual voltage and current sensors are replaced by virtual sensors based on state observers. Nonlinear observers are designed in order to properly guarantee the variable estimation in the whole converter operation range, conside-ring both the nonlinearities of the converter and the load. Reduced-order nonlinear observers are employed to diminish the computational burden. A transformation over the measurable signals, which allows obtaining a linear estimation-error dynamics, is introduced in this thesis. In this way, the estimation error converges over an exponential trajectory, and classical linear techniques can be used to tune the proposed nonlinear observer. The feedback linearization technique is chosen in order to build the converter controller. A transformation is proposed considering two alternative outputs which are dierent from what is generally found in most of the literature on power converters. The main idea behind this transformation is to archive a full input-output feedback linearization, which allows eliminating the converter internal dynamics and obtaining a more ecient DC voltage regulation.

Ingeniero Civil Electricista / La instalación de una central PMGD en un alimentador de distribución con mayor consigna de generación que demanda del alimentador, lejana de la cabecera y con una importante concentración de carga en los sectores aledaños, invierte el flujo de potencia activa implicando una fuerte dependencia del control de voltaje con el despacho de la central. La central solo puede controlar la tensión estableciendo un despacho de potencia reactiva que mantenga la magnitud de las tensiones en niveles dentro de la franja normativa. Esto disminuye los ingresos de la central debido a las ventas de energía y potencia. Cuando la central es desconectada abruptamente, se pierde la capacidad de control de tensión en el alimentador provocando desconexiones automáticas de cargas debido al bajo voltaje. La solución desarrollada para resolver estos problemas es instalar de forma anexa a la central un compensador estático de reactivos para sistemas de distribución (DSTATCOM) que inyecte o absorba de forma independiente los reactivos necesarios para controlar la magnitud de las tensiones en las barras en el alimentador. Para evaluar la factibilidad técnica de la instalación del DSTATCOM se comprueba que ante los problemas señalados, la normativa chilena referente a niveles de tensión y suficiencia de elementos serie se cumple al conectar el dispositivo. Para evaluar la factibilidad económica, se compara el aumento de las ganancias por mayor venta de energía con el monto total de inversión. Como resultado del trabajo de titulo, se concluye que la instalación del dispositivo DSTATCOM permite controlar la magnitud de la tensión en barras manteniéndolas dentro de la franja normativa. Además, el beneficio de instalar un dispositivo DSTATCOM posibilita el incremento de las ventas de potencia y energía al permitir regular el voltaje a través del dispositivo estático. Así, la central generadora puede despachar su unidad a su potencia activa máxima y con un factor de potencia igual a uno (f.p =1). En el caso práctico revisado en el presente trabajo, la central El Diuto conectada a la red de distribución de Coopelan, todas las inversiones son recuperadas en el quinto año luego del aumentar el punto de operación de la unidad generadora a su capacidad nominal máxima.

Doctor en Ingeniería Eléctrica / El estudio de estabilidad en Sistemas Eléctricos de Potencia consiste en determinar la condición de operación del sistema luego de ocurrida una perturbación. El enfoque clásico considera tres tipos de análisis: Angular, Frecuencia y Voltaje. Los eventos de interés para la planificación y operación corresponden a salidas repentinas de unidades de generación y/o consumos, fallas en líneas de transmisión o transformadores, etc. En el estudio clásico de estabilidad angular de régimen permanente, las ecuaciones diferenciales y algebraicas que representan la dinámica del sistema, se linealizan en torno a un punto de operación estable. En tal caso, el análisis consiste en determinar los autovalores del sistema lineal equivalente, estableciendo como condición de operación estable aquella en que todas las partes reales estén en el semiplano complejo izquierdo. En este tipo de estudio se considera la ocurrencia de perturbaciones que afectan al sistema en un solo instante de tiempo, donde se determinan los autovalores y a partir de la ubicación de sus partes reales más cercanas al origen, se determina la condición de operación del sistema. En este trabajo se presenta una nueva metodología que permite generalizar el concepto de estabilidad de régimen permanente para el caso en que las perturbaciones son aleatorias y autosostenidas en el tiempo, descritas por un proceso estocástico tipo Markov. Dependiendo de la naturaleza de la perturbación, se proponen dos modelos de análisis: Multiplicativo y Aditivo. El Modelo Multiplicativo tiene como objetivo presentar una generalización del concepto de autovalor en sistemas lineales estocásticos, donde el Exponente de Lyapunov representa el equivalente de la parte real más cercana al origen de los autovalores en sistemas lineales deterministas. En este caso, se proponen e implementan métodos numéricos para calcular el Exponente de Lyapunov en sistemas lineales estocásticos. En esta representación se considera que las perturbaciones autosostenidas afectan la dinámica de las variables de estado del sistema. En base al Teorema Ergódico, en el Modelo de perturbación Aditivo se proponen tres indicadores que permiten caracterizar las perturbaciones aleatorias y autosostenidas que afectan la operación de régimen permanente: Desviación Angular, Rango de Desviación Angular Permanente y Costo de Pérdidas de Energía. Como aplicación de estos indicadores, se propone una metodología de ajuste a las ganancias de los controladores estabilizadores de potencia (PSS en inglés), considerando como criterio de diseño minimizar las pérdidas de potencia activa producto de las oscilaciones de régimen permanente. En esta representación se considera que las perturbaciones autosostenidas afectan los sistemas de comunicación y control durante la operación. Se presentan resultados para los sistemas de prueba con 3, 4 y 10 máquinas descritos en la literatura internacional. Para el caso del modelo Multiplicativo se implementan tres métodos numéricos que permiten determinar el Exponente de Lyapunov en sistemas eléctricos de potencia. Se identifica como aplicación el cálculo del tamaño máximo de la perturbación que hace al sistema inestable. Respecto al modelo Aditivo se utiliza el indicador Costo de Pérdidas de Energía para ajustar las ganancias de los controladores PSS en los sistemas de 3 y 10 máquinas. Los resultados obtenidos muestran que se reduce el Costo de Pérdidas de Energía, sin deteriorar la respuesta dinámica obtenida a partir de las técnicas deterministas. El trabajo de esta tesis presenta un nuevo enfoque para realizar estudios de estabilidad en sistemas eléctricos de potencia, sometidos a perturbaciones aleatorias y sostenidas en el tiempo. Como trabajo futuro se identifica mejorar los métodos de cálculo desarrollados, con el fin de realizar estudios de estabilidad en sistemas eléctricos con un elevado número de variables de estado.

La tesis estudia el problema del flujo armónico de cargas desde dos puntos de vista. La formulación del problema del flujo armónico de cargas analizando los distintos métodos existentes en la bibliografía y desarrollando una formulación completa del mismo. Y la resolución numérica del sistema no lineal planteado en la formulación. Analizando los distintos métodos numéricos existentes en la bibliografía y sus problemas de convergencia. Y desarrollando un nuevo método numérico, denominado método de h-newton, que ofrece rapidez y seguridad en la convergencia. Además se han caracterizado las soluciones falsas para los nudos de tipo p-q, p-v y no lineales.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / Ingeniero Civil Eléctrico / Hoy en día la tarea de obtener un modelo de un sistema se ha vuelto fundamental en la teoría de control, y es en dicho ámbito donde los modelos difusos de Takagi-Sugeno han destacado debido a su capacidad de aproximar dinámicas no lineales. No obstante, para el diseño de controladores no basta sólo predecir el comportamiento de una planta, sino que el modelo debe heredar la propiedad de controlabilidad del sistema original. Dicha propiedad puede entenderse como la capacidad de un sistema para alcanzar un estado deseado a partir de cualquier estado inicial, y por lo tanto es una característica fundamental para el diseño de estrategias de control, debido a que si el modelo no posee dicha propiedad, es posible que las acciones de control inferidas sean erróneas, afectando el rendimiento en lazo cerrado del sistema. Luego, el principal objetivo de este trabajo es diseñar métodos de identificación difusa que permitan obtener modelos controlables (o en su defecto que aumenten el espacio de controlabilidad), de tal forma de poder diseñar adecuadamente estrategias de control. Para ello se plantean dos enfoques: incluir restricciones de controlabilidad en el procedimiento de identificación, e incluir términos de orden superior en los consecuentes del modelo difuso. La metodología a seguir para el diseño del algoritmo de identificación con restricciones de controlabilidad se basa en analizar la aproximación de primer orden del modelo difuso en cada punto de operación, y a partir de dicha aproximación imponer las restricciones de controlabilidad al momento de identificar los parámetros de las consecuencias del modelo difuso. Por otro lado, en la metodología para obtener modelos difusos con términos de orden superior se consideran aproximaciones de segundo orden en cada consecuente del modelo. Una vez obtenidas las representaciones matemáticas controlables se diseñan estrategias de control predictivo difuso, las cuales son aplicadas a distintas plantas de estudio para validar las metodologías propuestas. Como resultados de este trabajo, se logra implementar exitosamente un procedimiento de identificación difusa capaz de generar modelos controlables, los cuales permiten un diseño adecuado de controladores predictivos, mejorando la respuesta de los sistemas en comparación a utilizar un modelo no controlable. A su vez, el principal aporte de esta tesis se remonta al planteamiento de métodos de identificación difusa que no han sido reportados en la literatura, con las cuales se pueden obtener modelos controlables, y cuya metodología puede ser extendida a otro tipo de restricciones, con el fin de garantizar otras propiedades del sistema original.

Ingeniero Civil Eléctrico / Sistemas eléctricos de potencia - Administración / El cambio en la legislación referente a los requerimientos de energías renovables no convencionales (ERNC) en Chile y los precios más competitivos han incentivado fuertemente su inserción, planteando interrogantes sobre la operación técnica y económica de los sistemas eléctricos debido a la variabilidad de las ERNC y el requerimiento de redespachos intrahorarios. Ante la necesidad de mejores herramientas con resolución horaria o menor, en esta memoria de título se estudia un modelo de predespacho en base a polinomios de Chebyshev con resolución continua, permitiendo incorporar de mejor manera la variabilidad de fuentes renovables y ciertas restricciones técnicas como rampas y balances hidráulicos en comparación al método tradicional con resolución horaria. Esta formulación es fácilmente extensible a otros problemas de operación eléctrica, como microredes y coordinación hidrotérmica. En esta memoria se estudian las propiedades numéricas de los polinomios, destacando el uso de los puntos extremos de Chebyshev y el método one-side para aproximación de perfiles temporales no negativos. Posteriormente se estudia el uso de matrices operacionales de Integración y Derivación para representación de restricciones técnicas de la operación eléctrica en el continuo. Adicionalmente, se elabora un modelo uninodal y monoembalse que incorpora diversas restricciones, proponiendo una solución al tratamiento de los puntos extremos de Chebyshev en variables binarias con el fin de realizar un equivalente al modelo horario. Este modelo se compara con un predespacho horario elaborado previamente, validando así la formulación propuesta. En este trabajo, se demuestra que es posible modelar mediante polinomios de Chebyshev, obteniendo resultados de costos totales similares al modelo horario (con diferencias menores a un 0.1 %), respetando el orden de mérito, recuperando los costos marginales y valores del agua de manera equivalente. También es posible modelar mediante reducción de coeficientes (dos tercios de la totalidad de las variables de generación), pudiendo de igual forma recuperar resultados similares al despacho horario, donde fundamentalmente se recupera el mismo valor del agua, lo cual permite la extensión a modelos de coordinación hidrotérmica.

Ingeniero Civil Eléctrico / El constante aumento de la demanda de energía eléctrica ha supuesto un gran desafío para los operadores de sistemas eléctricos, puesto que deben proveer energía a través del sistema de forma económica y confiable. Por suministro confiable se entenderá que éste sea continuo, independiente de si el sistema se encuentra en su estado intacto (planificado) o con fallas. Actualmente existen dos grandes criterios de seguridad para operar sistemas eléctricos, el criterio probabilístico y el determinístico. El criterio probabilístico minimiza costos de operación, de acciones de control y de demanda no suministrada en base a todos los estados posibles del sistema. El criterio determinístico por otro lado, define un conjunto de fallas creíbles que no afectan al sistema (no generan demanda no suministrada) para luego operar bajo este paradigma. Ninguno de estos modelos incorpora una medida de riesgo para la operación, existiendo por ende una incertidumbre respecto a la vulnerabilidad que presentaría el sistema frente a posibles fallas, razón por la cual se propone abordar esta deficiencia. Una métrica comúnmente usada como medida de riesgo es el Valor en Riesgo Condicional. Esta medida considera eventos en la cola de la curva de probabilidad, es decir, aquellos eventos que tienen una muy baja probabilidad de ocurrencia pero alto impacto. Esta memoria examina los modelos determinísticos y probabilísticos clásicos, para luego proponer un modelo que considera la energía no suministrada como índice de riesgo mediante un Valor en Riesgo Condicional. El Valor en Riesgo Condicional considera eventos en la cola de la curva de probabilidad, que si bien tienen una baja probabilidad de ocurrencia, pueden tener un alto impacto en la operación del sistema. Con esto se le exige un mínimo de confiabilidad a la operación, limitando el riesgo asociado a los eventos catastróficos (i.e. de baja probabilidad y alto impacto). Se evaluará la confiabilidad que aportan las restricciones de límites de riesgo a nivel sistémico (disminuir el riesgo de demanda no suministrada del sistema como conjunto) y límite de riesgo a nivel nodal (disminuir el riesgo de demanda no suministrada por nodo). Los resultados confirman que la integración de estas restricciones permite operar el sistema de una manera más segura y confiable. El modelo propuesto disminuye sustancialmente el efecto de los eventos catastróficos. La versión de limitaciones de riesgo nodal, muestra que el corte de demanda equitativo (corte que se realiza nodo a nodo en proporción a la demanda conectada) se puede lograr en base a una correcta administración post-falla. Asimismo, los tiempos de cómputo son extremadamente bajos por lo que el modelo puede ser aplicado en sistemas complejos.