Ingeniero Civil Eléctrico / La pronta llegada de los eventuales proyectos energéticos que se planifican en la XI región de Aysén ha 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 posibilitar esto de manera eficiente es la transmisión en corriente continua en alto voltaje, conocida como HVDC (High Voltage Direct Current). La tecnología HVDC se puede considerar como una tecnología madura. Sin embargo, en nuestro país es un tema relativamente nuevo que se debe abordar para entender el funcionamiento del enlace y los problemas asociados. Esta memoria está divida en tres partes principales, la primera, relacionada con la física del efecto corona, clasificación y características; por otra parte, la segunda, tiene como objetivo estudiar en forma teórica algunos de los mecanismos de medición de campo eléctrico generados por líneas de transmisión en corriente continua, los cuales requieren distintos tipos de consideraciones. En la tercera parte, se incluye una comparación de varios medidores y su puesta a prueba en las líneas HVDC bajo diferentes condiciones de carga y/o campos estáticos. Utilizando un modelo afín para evaluar el comportamiento de los medidores bajo distintos escenarios, se determina cuáles de ellos presentan mejor estabilidad al realizar una o varias mediciones. Esto será muy importante a la hora de implementar o importar un equipo de medición de campo eléctrico utilizado en líneas HVDC.

El objetivo general del presente trabajo de título es habilitar en un computador del Área de Energía del Departamento de Ingeniería Eléctrica, una versión actualizada del ATP (Alternative Transients Program). El ATP es una de las principales herramientas para la resolución de transitorios en redes eléctricas y una de sus frecuentes aplicaciones es la resolución de problemas relativos a impactos de rayos en sistemas de transmisión; bajo esta premisa, se consideró que su aplicación para determinar sobretensiones de rayo en líneas de transmisión era un tema adecuado para ver sus fortalezas, y habilidades.

Ingeniero Civil Electricista / En el presente trabajo de titulación se realiza una investigación de los métodos de reducción de sistemas eléctricos de potencia, para estudios de estabilidad transitoria, presentes en la literatura. Dicha investigación da como resultado la elección de una metodología de reducción que es aplicada el Sistema Interconectado del Norte Grande y previamente validada con el Sistema P. Kundur de dos áreas. La metodología se basa en el enfoque de coherencia. La identificación de la coherencia se realiza utilizando la técnica de coherencia lenta, basada en el análisis modal. La formación de las barras de generación equivalentes se realiza utilizando el método del circuito equivalente de REI y los grupos de máquinas coherentes son representados mediante una máquina equivalente que mantiene sus características dinámicas. Las máquinas del sistema son representadas por un modelo de tercer orden. Finalmente, la reducción estática de los elementos pasivos de la red se realiza utilizando el equivalente de Ward. La implementación de la metodología es realizada en el software DigSILENT Power Factory. Se realizaron estudios de estabilidad transitoria sobre el modelo reducido obteniéndose una reducción aproximada en los tiempos de simulación del 40%. La validez del modelo está sujeta a las características de la perturbación aplicada.

La incorporación de sistemas de transmisión de energía en corriente continua en un nivel de tensión de 500 kV, hace indispensable conocer cuáles serán sus posibles efectos en el entorno que circundará las líneas aéreas que transmitirán la energía eléctrica hasta los centros de distribución y consumo de energía. En esta memoria se plantea la creación de un modelo teórico que permita estimar de manera aproximada cuales serán algunos de los efectos que la operación de una línea aérea de cuatro polos de un sistema de transmisión en HVDC (500 kV) puede generar en su entorno. Primero, se recopilan los procedimientos teóricos existentes, en lo relativo al cálculo de los campos eléctricos y magnéticos estáticos que se generan en torno a las líneas y la ocurrencia del fenómeno corona, lo que permite estimar y predecir, con cierto grado de exactitud, el nivel de contaminación electromagnética que introducen en el ambiente. Otro efecto que se estima es el nivel de ruido audible producido en torno a las líneas aéreas en HDCV. Posteriormente, se realiza una adaptación de los modelos matemáticos al caso de una línea aérea de cuatro polos en un sistema HVDC de 500 kV, realizando los cálculos correspondientes para el caso en estudio, y luego, finalmente, poder construir un modelo que permita estimar la magnitud de los efectos que se mencionaron previamente. Finalmente, se comparan los resultados obtenidos con el caso de una línea de transmisión en HVDC bipolar de un circuito, para mostrar, en lo referente al campo eléctrico generado en el entorno de la línea, que, en el caso estudiado en este trabajo, es dos órdenes de magnitud mayor que en el caso de un solo circuito.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / En la actualidad los sistemas eléctricos de potencia a menudo operan bajo condiciones de estrés, para satisfacer una demanda que es cada vez mayor, con una expansión de la red de transmisión relativamente limitada. Esto genera la necesidad de utilizar nuevos recursos de equipos, metodologías de análisis y herramientas computacionales para hacer frente a esta situación. En particular, la estabilidad de tensión ocupa un lugar preponderante dentro de los nuevos fenómenos que ponen en riesgo la seguridad del sistema, por ello reviste gran importancia el uso de indicadores que alerten de manera temprana sobre la posible ocurrencia de fenómenos que pudieran derivar en un colapso de tensión en la red. En este campo uno de los avances más promisorios es el uso de mediciones sincronizadas entregadas por los llamados Sistemas de Medición de Área Amplia (Wide Area Measurement Systems, WAMS en inglés), quienes obtienen la información de entrada para los indicadores de estabilidad de tensión en base a PMU (Phasor Measurement Unit). Al revisar el estado del arte en relación a estos índices de detección de estabilidad de tensión en tiempo real, se constata que la mayoría de los estudios e investigaciones evalúan los márgenes de estabilidad de tensión en el punto crítico (punta de la curva nariz), es decir, detectando la distancia al punto teórico de máxima transferencia de potencia del sistema. Este tipo de métodos, pueden llevar a análisis imprecisos ya que en el punto de máxima transferencia los niveles de tensión llegan a valores muy inferiores a los límites operacionales reales por lo que en la práctica se podría llegar a una situación de colapso de tensión sin ser detectado por esos indicadores. Por otra parte, para tener un análisis completo no basta con determinar la máxima trasferencia de potencia por el sistema de transmisión, sino que se debe verificar que el sistema tenga además los medios para proveer la cantidad de reactivos que dicha transferencia y carga requieren. Considerando que la estimación de estado en base a mediciones sincronizadas está disponible, este trabajo de investigación se dirige hacia el desarrollo de una mejora en la línea de índices de estabilidad de tensión usando dichas mediciones. Se propone un indicador llamado VSI-OC (Voltage Stability Index under Operational Conditions), el cual considera límites reales de operación y una evaluación de las reservas de reactivos del sistema. El indicador se obtiene de un problema de optimización propuesto, en el cual, se define el máximo incremento de carga en la barra como función objetivo, tomando como restricciones de igualdad las ecuaciones de flujo de potencia, y como restricciones de desigualdad los límites de reactivos de generación. Especialmente, el indicador considera límites de tensión de acuerdo a exigencias operativas, es decir, los estipulados en las respectivas normas técnicas. Para validar el método propuesto, se aplica a una simulación en un modelo del SIC de 114 barras, en el cual, se prueba el desempeño del índice propuesto bajo diferentes escenarios con el objeto de abordar un amplio espectro de estados de operación. Los índices cuantifican la seguridad del sistema en una escala de 0 a 1 , en donde, un valor cercano a 1 indica que la barra de carga dispone de un buen margen de estabilidad y un valor cercano a 0 indica que la barra esta cerca a violar los límites operacionales del sistema. Los resultados indican que el método cumple con el objetivo propuesto, permitiendo monitorear adecuadamente la proximidad de eventos que pueden derivar en un colapso de tensión. El índice VSI-OC da señales de alerta con mayor anticipación que los índices convencionales. De esta manera, el operador puede realizar una asignación de recursos de potencia reactiva en forma óptima y tomar las acciones de control necesarias para mantener el sistema en condiciones de operación normal, permitiendo una operación segura. Como trabajo futuro se propone extender la investigación a aplicaciones en tiempo real en base a WAMS, y enfrentar los mayores retos en el desarrollo de estas tecnologías, tales como manejo de congestiones en la red, control de flujos en tiempo real, control y protección en sistemas de área amplia (WAMPAC en inglés).

La calidad del servicio brindado por las empresas de transmisión de energía eléctrica en el Perú puede reducir o limitar la posibilidad de lograr un mejor desempeño del sector de energía; como consecuencia la disponibilidad u oferta de energía podría reducirse, el costo de producción tendería a aumentar y la matriz productiva nacional se vería afectada. El estudio, que asume una estrategia cualitativa de naturaleza inductiva y descriptiva; sobre información recopilada a través de encuestas a profundidad semiestructuradas, buscó describir la percepción de estas empresas con respecto a los motivos, factores de éxito y barreras para la implementación del sistema de gestión de calidad y del sistema integrado de gestión; así cómo estos han influido en el desarrollo de cada organización y el cumplimiento de los requisitos normativos y operacionales / The quality of the service provided by the electric power transmission companies in Peru can reduce or limit the possibility of achieving a better performance of the energy sector; as a consequence the availability or supply of energy could be reduced, the cost of production would tend to increase and the national productive matrix would be affected. The study, which assumes a qualitative strategy of inductive and descriptive nature; on information collected through semi-structured depth surveys, sought to describe the perception of these companies regarding the reasons, success factors and barriers to the implementation of the quality management system and the integrated management system; and how these have influenced the development of each organization and compliance with regulatory and operational requirements / Tesis

Ingeniero Civil Eléctrico / Los sistemas de transmisión de energía eléctrica están destinados a conectar a los agentes productores con los consumidores, de modo que las transacciones se lleven a cabo. En el mercado eléctrico chileno, la ley asegura la libertad de ingreso de los generadores al sistema de transmisión para que se pueda producir competencia en el mercado de corto plazo y en el de contratos. El Sistema de Subtransmisión está destinado a tomar la energía del Sistema Troncal y conducirla hasta la entrada de los sistemas de distribución para su posterior direccionamiento a los clientes finales ubicados en dichas zonas. Para financiar el AVI y el COMA de estas instalaciones se ha definido una estructura de tarifas en que las cargas pagan peajes de retiro y los generadores pagan un monto anual de acuerdo al uso esperado de las instalaciones, siendo el desafío cómo asignar las responsabilidades entre ellos, para lo cual la ley estipula el uso de factores de distribución, más conocido como Método GGDF. A pesar de haber sido usada durante varios años, esta metodología requiere de análisis de red adicionales previos a su aplicación, que pueden llegar a ser muy complejos sobretodo en redes más enmalladas como algunas redes del Sistema de Subtransmisión por lo que surge la motivación de estudiar otros métodos alternativos. En este trabajo se evalúa el estado del arte de los esquemas de tarificación usados internacionalmente, seleccionando en particular cuatro métodos: el Método Nodal, el Método de Grafos, el Método de las Corrientes y el Método GGDF. Se realizan simulaciones en un sistema reducido de cinco barras, obteniéndose que el Método GGDF asigna pagos a las centrales generadoras de manera muy distinta a los otros tres métodos, cuyos resultados se asemejan en gran medida. Luego de analizar ventajas y desventajas se escoge la metodología vigente (Método GGDF) y el Método de las Corrientes para simular la tarificación de un sistema real, para lo cual se escogió el subsistema SIC-3. Se obtiene que el Método de las Corrientes es mucho más prolijo físicamente ya que detecta las corrientes complejas que fluyen por cada tramo de línea, identificando así fácilmente las participaciones de los generadores y de los consumos en las cargas de cada tramo de línea. Se plantea como un método eficaz y completo para tarificar el Sistema de Subtransmisión, que no requiere análisis adicionales más allá de su simple aplicación. Como trabajo futuro se plantea estudiar cómo el método presentado permite asignar responsabilidades de las pérdidas eléctricas de la red entre los generadores y las cargas. Además sería interesante evaluar si este método entrega los incentivos suficientes a los agentes de mercado para expandir el sistema de subtransmisión de manera eficiente, desde el punto de vista de un planificador centralizado.

Actualmente existen en Chile numerosos proyectos de generación eólica en distintas etapas de desarrollo. La mayoría de éstos se conectarán al Sistema Interconectado Central (SIC), y en particular en el norte del país, por lo que se espera que en el mediano plazo exista una gran cantidad de generación eólica en dicha zona. Dada la naturaleza estocástica del recurso viento, estos parques eólicos inyectarían una potencia variable al sistema de transmisión, lo que podría producir fluctuaciones de tensión en las barras del sistema de transmisión pudiendo, eventualmente, salir de los rangos permitidos. De esta problemática surge el objetivo principal de esta investigación, que es disponer de una estrategia para efectuar el control de tensión de un sistema eléctrico con las características propias del SIC, en el que puede existir una elevada penetración de generación eólica. En este estudio, primeramente se identificaron las fluctuaciones de tensión esperadas para las distintas tecnologías de generación eólica actualmente utilizadas. Se observó que los parques eólicos formados por aerogeneradores de velocidad fija es la tecnología de la que se espera mayores fluctuaciones de tensión. A un sistema eléctrico de ensayo base se le realizaron pequeñas modificaciones, obteniéndose distintas topologías, y a su vez, para cada una de éstas se construyó sistemas de distintos niveles de tensión: 66, 110 y 220 [kV]. Mediante la herramienta de flujos de potencia, en cada uno de estos sistemas se buscó la generación eólica tal que ocasionara problemas de tensión en las barras del sistema. Se propuso una estrategia de control de tensión que solucionara dicho problema. Se construyó un modelo de la zona norte del SIC, desde la barra Quillota 220 [kV] hasta la barra Paposo 220 [kV], en el que se probaron con éxito las estrategias de control de tensión propuestas en el sistema eléctrico de ensayo. Finalmente, se determina que la inclusión masiva de generación eólica en un sistema eléctrico puede traer problemas de subtensión en el punto de conexión (PCC) de los parques eólicos y/o en barras aledañas a los parques eólicos. Se propone para esto una estrategia de control de tensión que mitiga las fluctuaciones lentas de tensión. Esta estrategia consiste en que a medida que aumenta la penetración eólica en el sistema; a) barras aledañas (centrales y elementos de compensación reactiva) aporten reactivos a los parques eólico del sistema eléctrico, cuando es insuficiente; b) elevar el tap de los transformadores de conexión de los parques eólicos; c) añadir compensación reactiva en barras aledañas a los parques eólicos y d) Añadir compensación reactiva en los PCC de los parques eólicos. Por lo demás, c) y d) pueden ser excluyentes o se puede dar una combinación de ambas.

Ingeniero Civil Eléctrico / La evolución de los sistemas eléctricos de potencia hacia una estructura de mercados competitivos se basa fuertemente en el acceso abierto y no discriminatorio a los sistemas de transmisión. De esta forma, la regulación de este segmento en temas como el acceso y su remuneración es particularmente relevante para los actores del sistema debido su rol en la modificación de los precios finales a clientes. Tras un período sin una legislación concreta al respecto, en marzo del año 2004 se promulgó en nuestro país la ley 19.940 que estructuraba los sistemas de transmisión en tres segmentos y definía específicamente los agentes de pago y las proporciones por las que eran responsables, a la vez que precisaba los procedimientos para la expansión del sistema. Con la futura interconexión eléctrica sin embargo, en julio de 2016 se promulga la nueva ley de transmisión, la cual reformula, entre otros aspectos, la remuneración del sistema de transmisión basándose en el modelo de estampillado y especificando las reglas de tránsito entre ambos regímenes de pago. En este contexto, el presente trabajo pretende analizar los impactos sobre los pagos por peajes de inyección considerando el régimen de pago transitorio durante el período comprendido entre los años 2017 y 2021, para las cuatro empresas generadoras más relevantes del país; AES Gener, Colbún, Enel y Engie comparando sus proyecciones con aquellas asociadas a la ley 19.940. Los resultados evidencian que, para todas las empresas, la mayor variación en los peajes de inyección se tiene desde el momento de la interconexión de los sistemas eléctricos, en julio de 2018, y a lo largo del año 2019, estabilizándose en los años posteriores en valores por debajo o en torno a los observados de forma previa a la interconexión. A su vez, se determinó que los resultados quedan en gran parte sujetos a los supuestos del sistema eléctrico simulado, principalmente las fechas de entrada en operación de los proyectos de interconexión e ISA, y la disponibilidad de gas natural considerada. Se constata además que la alta penetración de centrales ERNC desplaza principalmente energía de las empresas mayoritariamente térmicas como AES Gener y Engie, con lo cual sus peajes se ven más afectados. Para las empresas Enel y Colbún en tanto, los efectos se observan principalmente en los períodos de deshielo. El régimen de pago transitorio logra efectivamente evoluciones más graduales de los peajes de inyección de las empresas estudiadas, en contraste con lo que se hubiese observado mediante la aplicación de la ley 19.940, sin embargo resta estudiar en detalle la evolución de pagos asociados al concepto de transmisión en los distintos segmentos de demanda, así como la introducción de los polos de desarrollo y la planificación con holguras definida en la nueva ley.

El crecimiento de la demanda eléctrica en el país requiere de nuevas fuentes de energía por parte del sector público y privado. En particular, una región que posee un gran potencial energético hidráulico es la XI Región de Aysén. Sin embargo la concentración de la demanda se encuentra en el centro del país por lo que es necesario transmitir una gran cantidad de energía, estimada inicialmente en 2750[MW] de potencia activa, a través de aproximadamente 2000[km] de longitud. En este contexto, la mejor solución técnico – económica disponible para la transmisión es un enlace de corriente continua en alto voltaje (HVDC del inglés “High Voltage Direct Current”). El disponer de un enlace HVDC de las características del proyecto Aysén ofrece importantes oportunidades para mejorar la operación de los sistemas de corriente alterna a los que se conecta. En efecto, un enlace HVDC utiliza elementos de electrónica de potencia de muy rápida respuesta, por lo que es posible plantear esquemas de control que contribuyan a la seguridad y estabilidad dinámica del sistema. En esta memoria de título se plantea como objetivo el desarrollo de un esquema de control para amortiguar oscilaciones electromecánicas debido a pequeñas perturbaciones. En este trabajo, se desarrolla una guía general para el problema de amortiguar oscilaciones electromecánicas en el intervalo de 0.1 – 2 [Hz]. Para ello se desarrolla un modelo y una herramienta computacional en MATLAB que resuelve en forma linealizada un modelo dinámico del Sistema Interconectado Central de Chile reducido considerando 6 variables de estado por generador, y las ecuaciones de flujo de potencia alterno y continuo para los balances de potencia. Con el sistema linealizado se diseña un control de lazo cerrado clásico para amortiguar oscilaciones de potencia utilizando como variable de control la corriente de operación del enlace HVDC y como variable controlada la diferencia angular entre 2 barras del sistema. Como resultado se obtiene que la técnica utilizada a través de la herramienta computacional desarrollada en esta memoria, efectivamente logra amortiguar las oscilaciones de potencia en el sistema deseado, logrando una variación del factor de amortiguamiento de para el modo local.