Ingeniero Civil Electricista / La presente memoria tiene como objetivo estructurar la información referente a los métodos de cálculo de la capacidad de transporte de corriente en las líneas de transmisión. Este trabajo se enmarca en el proyecto desarrollado por el Centro de Energía de la Universidad de Chile para Transelec S.A. Este estudio se centra por una parte, en organizar los modelos y sistemas de monitoreo desarrollados a la fecha para la aplicación de la capacidad dinámica en las líneas de transmisión. Por otro lado, se plantea una metodología para la ubicación de dispositivos de monitoreo en tiempo real en una línea, que permite representar con un cierto grado de confiabilidad su capacidad de transmisión. Este método se basa en lograr un cierto valor de correlación entre la capacidad total de la línea y la capacidad medida de un conjunto de vanos. La clasificación de los distintas tecnologías de monitoreo en tiempo real permite determinar que el mejor método para calcular la capacidad dinámica de transmisión es el que combina mediciones de los parámetros meteorológicos, con mediciones de parámetros directos en el conductor (temperatura, etc.), aunque cabe señalar que es el que requiere mayor inversión. Respecto al método de ubicación de dispositivos, se muestra que se logra una buena representación de la capacidad de transmisión de la línea, mediante el uso de pocas mediciones puntuales. En particular en el tramo seleccionado para la aplicación de esta metodología, comprendido entre las subestaciones Nogales y Las Palmas (entrada en operación año 2014), se observa que con 14 sensores se puede obtener un 90% de confianza estadística. A partir de esto también se concluye que este método puede entregar mejores resultados si se consideran además los métodos tradicionales de repotenciación en las zonas más críticas de la línea. Como trabajo futuro se propone analizar el comportamiento de un sistema eléctrico con líneas con capacidad dinámica de transmisión, en particular analizando los beneficios económicos para el sistema. Además se propone desarrollar un método que permita establecer un trazado óptimo de líneas de transmisión basado en las condiciones meteorológicas en la zona.

Ingeniero Civil Electricista / El objetivo general del presente trabajo de título es presentar una metodología de diseño para un sistema de electrodos de una línea de transmisión en corriente continua. Se identificarán las etapas y lineamientos generales involucrados en el diseño de electrodos para este tipo de aplicación específica con el fin de entregar una metodología clara y directamente aplicable al caso de un sistema de transmisión en corriente continua. En la primera parte del trabajo se busca presentar los elementos teóricos básicos, con esto se espera dar al lector familiaridad con los conceptos que se tratan a lo largo del documento. De forma posterior, se investiga la metodología y el estado del arte de ésta a nivel internacional, entregando así un esquema funcional de diseño. Se pone especial énfasis en los estudios de campo eléctrico y potencial por tratarse de factores críticos en la operación y seguridad. Para esto se realizan modelos simplificados del electrodo y del terreno de instalación, y se aplica el método de elementos finitos usando el software COMSOL Multiphysics. El análisis numérico a desarrollar incluye el desarrollo de un modelo en 2D simétrico con respecto al eje vertical y un modelo 3D, se presentan las características de ambos y el contraste de los resultados obtenidos para un problema expuesto en la bibliografía con el fin de validar el método. Luego de esto se realiza un análisis de sensibilidad para el modelo, con el fin de observar las tendencias que tienen las simulaciones y constatar que sigan las tendencias observadas en la bibliografía y los métodos analíticos. El estudio se completa con un capítulo de aplicación de la metodología a casos prácticos de distintas características presentados en la bibliografía. Se concluye que el método de elementos finitos es una herramienta totalmente válida y apta para la simulación del problema de distribución de potencial y gradiente. El método tiene la capacidad de manejar dominios complejos a coste de tiempo de computación y uso de memoria. Además, el uso de un software comercial hace simple la manipulación de datos y la gestión de información para su post-procesamiento.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica. Ingeniero Civil Eléctrico / En esta tesis se desarrollan y evalúan tres estrategias de control predictivo distintas en un generador de inducción de doble excitación (DFIG), que son: descentralizado, centralizado y distribuido. En la estrategia de control predictivo descentralizada el conversor back-to-back es regulado mediante dos controladores predictivos, uno para el lado rotor y el otro para el lado red, y mediante un controlador PI que mantiene el balance del voltaje en el DC-link. En la estrategia de control predictivo centralizado todo el conversor es regulado mediante un único controlador predictivo. Por último en la estrategia de control distribuido el sistema es regulado mediante dos controladores predictivos que comunican sus acciones de control. Para evaluar las estrategias de control planteadas se desarrolla un simulador que captura la dinámica de un generador doblemente alimentado mediante el uso del software Matlab-Simulink. Los controladores se programan de acuerdo a las estrategias de control implementadas y son aplicados en el simulador del generador. Se evalúa el desempeño de cada uno de estos, en base a los siguientes criterios de comparación: THD, error de seguimiento de las corrientes, error de seguimiento del voltaje de DC-Link, tiempo de ejecución del programa de cada controlador y frecuencia de switching. Se analiza también el desempeño de estas estrategias de control bajo condiciones de operación de estrés en la red, es decir, se somete el aerogenerador a una falla trifásica que implica una caída de la tensión de la red en un 70%. A partir de los resultados se concluye que es posible implementar las tres estrategias de control propuestas en el DFIG. Además se observa que el valor de la función de costos resulta ser mínimo en la estrategia de control centralizada seguida por la distribuida para presentar un menor desempeño en la estrategia de control descentralizada. En cuanto al error de seguimiento el voltaje del DC-Link es mejor para el caso centralizado, seguido por el distribuido, observándose el peor desempeño en el caso de descentralizado, con sobreniveles en torno al 4% cuando se cambia el punto de operación. Este resultado se debe a que en el caso centralizado el controlador encuentra un óptimo global, en cambio en el descentralizado los óptimos son locales. En general, los resultados de la estrategia de control distribuido son bastante similares a los obtenidos mediante la estrategia de control centralizado, con la diferencia de que se resuelve el problema de optimización dentro del tiempo de muestreo. Al analizar la distorsión armónica se observa que la frecuencia se encuentra distribuida a lo largo de todo el espectro lo que en aplicaciones reales complica el dimensionamiento de los filtros para armónicos y aumenta su costo, por lo que recientemente se han estudiado estrategias de control predictivo moduladas que utilizan una fase de modulación antes de conectarse a las compuertas de los IGBT's. Como consecuencia los armónicos se centran en torno a múltiplos de la frecuencia de la señal portadora. Por último al analizar el comportamiento de las estrategias propuestas en presencia de una caída de tensión en la red se producen sobrecorrientes en los enrollados del rotor que el convertidor lado rotor no es capaz de controlar. Además durante la contingencia es necesario utilizar un chopper para disipar el exceso de energía.

Ingeniero Civil Eléctrico / El presente trabajo tiene por objetivo aportar al mejoramiento de la metodología utilizada por el CDEC SIC en la evaluación de las alternativas de expansión del Sistema de Transmisión Troncal. Dentro de las principales motivaciones que impulsaron el desarrollo de esta investigación, están los importantes desacoples observados en distintas zonas del Sistema Interconectado Central, los altos costos que significan para el sistema las congestiones provocadas por restricciones de transmisión y el consecuente desaprovechamiento de las energías de bajo costo. El proceso a través del cual se formulan las mejoras metodológicas presentadas en este documento, comienza con la realización de un diagnóstico de la metodología actual utilizada en la Revisión Anual del Estudio de Transmisión Troncal. Para ello, se analizan los supuestos del proceso metodológico actual desde la teoría económica de la evaluación social de proyectos, considerando el enfoque de eficiencia productiva en el cual se enmarca, así como también desde la experiencia internacional en materia de planificación de las redes en los sistemas eléctricos interconectados. Posteriormente, se definen los ejes de trabajo abordados en profundidad en la investigación: 1) análisis del efecto que tiene la entrada de un proyecto troncal en los costos marginales y el desacople económico del sistema; 2) tratamiento del riesgo por la incertidumbre hidrológica en la decisión económica y; 3) análisis distributivo a partir de un balance beneficio-costo de los proyectos de expansión desde la perspectiva de distintos segmentos del sector eléctrico. Una vez desarrollados los modelos y analizados los resultados obtenidos, se determina que tanto del modelo probabilístico que mide el efecto de las hidrologías en la evaluación económica, como el análisis del mercado a partir de los costos marginales, permiten incorporar criterios de decisión adicionales para la expansión de la transmisión, que profundizan el tratamiento de dos de los grandes riesgos que enfrenta la expansión del sistema troncal en Chile: la incertidumbre en la disponibilidad del recurso hídrico y en la expansión del parque generador. Por su parte, la evaluación de proyectos desde el enfoque distributivo, robustece las decisiones económicas de expansión del sistema troncal, pues recoge el impacto que estas tienen en los consumidores y generadores del sistema. Finalmente, se concluye que el principal aporte de este trabajo, corresponde al perfeccionamiento de la metodología, tanto desde el marco teórico en que esta se encuentra, como en la forma que enfrenta las principales fuentes de incertidumbre del sistema eléctrico nacional. De esta forma, la presente investigación constituye un punto de partida para el CDEC SIC en el proceso de mejoramiento continuo de éstos métodos, en especial considerando las importantes transformaciones en el marco legal del mercado eléctrico nacional y los consecuentes desafíos que se esperan para el sistema en el futuro cercano.

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

Ingeniero Civil Eléctrico / En los últimos años, la capacidad instalada de energías renovables en Chile ha crecido sostenidamente y cada vez más empresas están invirtiendo en estas tecnologías. Sin embargo, todavía existen barreras de entrada en varias etapas de estos proyectos y en particular en las etapas tempranas. Algunas de estas barreras están relacionadas con el acceso a información, como por ejemplo conocer la institucionalidad o tener una intuición de cuál será el comportamiento del sistema eléctrico en el presente y en el futuro. En este contexto, el presente trabajo propone una herramienta de acceso público que contribuya a derribar barreras de entrada al mercado eléctrico chileno, en particular en lo referente a la operación futura del sistema de transmisión troncal. La herramienta propuesta tiene tres funciones principales: estimar peajes de transmisión troncal, mostrar información del pago de peajes por tramos para las empresas y centrales existentes y ofrecer un acceso vía internet a estos análisis. Para lograr esta herramienta, se programó una rutina de cálculo de prorratas y peajes en DeepEdit (Plataforma de simulación del Centro de Energía), que como datos de entrada utiliza simulaciones de la operación de largo plazo mediante la herramienta PLP (Programación de Largo Plazo). La herramienta es validada a través de un caso ejemplo y utilizada para el estudio de peajes de transmisión troncal en el sistema nacional: permite calcular los peajes atribuibles a centrales existentes como asimismo una estimación asociada a futuros proyectos. Utilizando esta rutina se obtuvo resultados de costos de peajes de transmisión troncal en el SIC para dos casos: SIC interconectado con el SING mediante el tramo Mejillones - Cardones 500 y SIC sin inteconexión. Estos resultados son incorporados al sitio web www.peajeselectricos.com de acceso público especialmente creado para este fin. El sitio web consta un estimador de peajes y un explorador de peajes. El primero permite hacer estimaciones de costo de peajes de transmisión troncal para una central de cualquier tecnología en cualquier barra del sistema y el segundo permite ver estimaciones de pago de peajes de tranmisión troncal para generadores y empresas en el SIC. Utilizando el sitio web, con el fin de mostrar uno de los posibles usos del estimador de peajes, se analiza el costo que tendría que pagar una central fotovoltaica de 25MW en las barras Diego de Almagro 220 y Pan de Azúcar 220, obteniéndose que para esta central el costo de transmisión troncal sería un 66 % más caro en la barra Diego de Almagro 220 para el caso con interconexión, y un 63 % en el caso sin interconexión. Este tipo de resultados del estimador de peajes, usado en conjunto con el explorador de peajes, permite disponer de una idea bastante clara del comportamiento del pago de peajes en el SIC. Estos resultados pueden ser incluidos en estudios de prefactibilidad de proyectos de generación en el SIC, lo que se espera sea un aporte a derribar barreras de entrada a nuevos actores al sistema eléctrico. Como trabajo futuro se recomienda expandir las funcionalidades de la herramienta, tanto a nivel de los casos de estudio como en la precisión de las estimaciones de peajes.

On the last twenty years, maintenance analysis and execution has changed, perhaps more than any other discipline in engineering. These changes are mainly based on the increase and variety of physical assets (industrial plants, equipment, buildings, among others). The designs are more complex, new methods of maintenance are applied and the optics in the organization has changed with respect to the maintenance and its responsibilities to assure the reliability of the system. Several developments have been presented to establish a model of greater coverage that allows the evaluation of the equipment. All the companies and goverments need a better reliability in their grid, and an asset management strategy for the remaining life management. However, the calculation of the probability of failure of an equipment is developed in this thesis, for power lines, transformers and circuit breakers. It can be determined by its state which is derived from the estimation of the remaining life. The remaining life recommended by international standards, does not consider the variety of conditions that present the national territory by geography, climate, among others. All equipment does not age at the same speed and is not subject to the same operating or environmental conditions. The knowledge contribution is an assessment model, for a better estimate of the reliability of the power system, with focus in remaining life for the asset and system, the case study has been done successfully, with power transformers, circuit breakers and cables of power lines with high accuracy and effectiveness. The research focused on the main elements of the power transmission system: Power transformer, switch and power lines, it‘s upper than 138 kV (High and very high voltage transmission system), for the physical assets associated to transmission system. In this thesis, the technical assessment for the reliability and remaining life analysis of the electric power system has been achieved, the results are the following: 8 objectives with 24 indicators for the 3 most important equipment of the power system: Inductive equipment, switchgear, cable and conductors of overhead lines. The model CESM developed, it includes the assessment of effectiveness of 98.13% in operating condition for power transformers, 99.36% for switches and 98.43% for overhead lines conductors. The benefits value with a costs analysis has identified savings of USD 22,606,831.60, it was obtained by applying the model. The results of improvement of costs and service level in the implementation of the model in Peru are presented, improving the indicators in switchgears, transformers and conductors of electric power transmission lines.

La calidad de energía eléctrica incluye la calidad del suministro y la calidad de la atención al cliente. La calidad del suministro a su vez se considera que la conforman dos partes, la forma de onda y la continuidad. En esta tesis se aborda la continuidad del suministro a través de la localización de faltas. Este problema se encuentra relativamente resuelto en los sistemas de transmisión, donde por las características homogéneas de la línea, la medición en ambos terminales y la disponibilidad de diversos equipos, se puede localizar el sitio de falta con una precisión relativamente alta. En sistemas de distribución, sin embargo, la localización de faltas es un problema complejo y aún no resuelto. La complejidad es debida principalmente a la presencia de conductores no homogéneos, cargas intermedias, derivaciones laterales y desbalances en el sistema y la carga. Además, normalmente, en estos sistemas sólo se cuenta con medidas en la subestación, y un modelo simplificado del circuito. Los principales esfuerzos en la localización han estado orientados al desarrollo de métodos que utilicen el fundamental de la tensión y de la corriente en la subestación, para estimar la reactancia hasta la falta. Como la obtención de la reactancia permite cuantificar la distancia al sitio de falta a partir del uso del modelo, el Método se considera Basado en el Modelo (MBM). Sin embargo, algunas de sus desventajas están asociadas a la necesidad de un buen modelo del sistema y a la posibilidad de localizar varios sitios donde puede haber ocurrido la falta, esto es, se puede presentar múltiple estimación del sitio de falta.Como aporte, en esta tesis se presenta un análisis y prueba comparativa entre varios de los MBM frecuentemente referenciados. Adicionalmente se complementa la solución con métodos que utilizan otro tipo de información, como la obtenida de las bases históricas de faltas con registros de tensión y corriente medidos en la subestación (no se limita solamente al fundamental). Como herramienta de extracción de información de estos registros, se utilizan y prueban dos técnicas de clasificación (LAMDA y SVM). Éstas relacionan las características obtenidas de la señal, con la zona bajo falta y se denominan en este documento como Métodos de Clasificación Basados en el Conocimiento (MCBC). La información que usan los MCBC se obtiene de los registros de tensión y de corriente medidos en la subestación de distribución, antes, durante y después de la falta. Los registros se procesan para obtener los siguientes descriptores: a) la magnitud de la variación de tensión ( dV ), b) la variación de la magnitud de corriente ( dI ), c) la variación de la potencia ( dS ), d) la reactancia de falta ( Xf ), e) la frecuencia del transitorio ( f ), y f) el valor propio máximo de la matriz de correlación de corrientes (Sv), cada uno de los cuales ha sido seleccionado por facilitar la localización de la falta. A partir de estos descriptores, se proponen diferentes conjuntos de entrenamiento y validación de los MCBC, y mediante una metodología que muestra la posibilidad de hallar relaciones entre estos conjuntos y las zonas en las cuales se presenta la falta, se seleccionan los de mejor comportamiento.Los resultados de aplicación, demuestran que con la combinación de los MCBC con los MBM, se puede reducir el problema de la múltiple estimación del sitio de falta. El MCBC determina la zona de falta, mientras que el MBM encuentra la distancia desde el punto de medida hasta la falta, la integración en un esquema híbrido toma las mejores características de cada método. En este documento, lo que se conoce como híbrido es la combinación de los MBM y los MCBC, de una forma complementaria. Finalmente y para comprobar los aportes de esta tesis, se propone y prueba un esquema de integración híbrida para localización de faltas en dos sistemas de distribución diferentes. Tanto los métodos que usan los parámetros del sistema y se fundamentan en la estimación de la impedancia (MBM), como aquellos que usan como información los descriptores y se fundamentan en técnicas de clasificación (MCBC), muestran su validez para resolver el problema de localización de faltas. Ambas metodologías propuestas tienen ventajas y desventajas, pero según la teoría de integración de métodos presentada, se alcanza una alta complementariedad, que permite la formulación de híbridos que mejoran los resultados, reduciendo o evitando el problema de la múltiple estimación de la falta. / Power quality includes the supply and customer support quality. The supply quality considers two aspects, the wave shape and continuity. In this thesis the fault location problem, topic related with supply continuity is considered. Fault location is a relatively solved problem in power transmission systems, due to the homogeneous characteristics of the power line, measurements in both terminals and also the availability equipment such as fault locators normally included in distance relays. However, in power distribution systems the fault location is a complex problem which remains unsolved. The complexity is mainly because the presence of laterals, load taps, non homogeneous conductors, unbalances in the system and load. In addition, these power systems only have measurements at the substation and a simplified model of the power network. The main efforts to solve this problem have been oriented to the development of impedance based methods. Because of the reactance estimation makes possible the estimation of the distance to the faulted node by using the circuit model, those methods are considered as Model Based Methods (MBM). However the main drawbacks are related to the requirement of a good system model and to the possibility of multiple estimation of the location of the fault due to the three-shape of such networks. As a result, in this thesis an analysis and a comparative test between several MBM frequently cited is presented. In addition, the solution of the fault location is complemented by using methods which use more than the rms values of current and voltage obtained from fault databases. As tool to relate this information with the fault location, two classification techniques are used and tested (LAMDA and SVM). These relate the voltage and current characteristics to the faulted zone and are denoted in this document as Classification Methods Based on the Knowledge (CMBK).The information used by CMBK is obtained from current and voltage fault registers measured at the distribution substation, before, during and after the fault. These registers are pre-processed to obtain the following characteristics or descriptors: a) The magnitude of the voltage variation between the steady states of fault and pre-fault ( dV ), b) the magnitude of the current variation between the steady states of fault and pre-fault ( dI ), c) the magnitude of the apparent power variation between the steady states of fault and pre-fault ( dS ), d) the magnitude of the reactance as seen from the substation ( Xf ), e) the frequency of the transient caused by the fault ( f ), and f) the maximum eigenvalue of the correlation matrix of the currents ( Sv ). By using these descriptors, several training and validation sets were used with CMBK and by means of a proposed methodology it is shown how to relate these sets with the faulted zone and also to select those which offer the best performances.The application results demonstrate how by combining the MBM with the CMBK it is possible to reduce the multiple estimation of the fault location. The CMBK is used to determine the faulted zone while the MBM finds the distance from the measurement point to the faulted node. Thus the integration in a hybrid approach uses the best characteristics of each method. In this document, the term hybrid is used to describe the complementary combination of MBM and CMBK. Finally and aimed to compare the thesis results, an integration hybrid scheme to fault location is proposed and tested in two different power distribution systems. Both, methods which use the system parameters and are based on the impedance estimation (MBM), and those which use the information represented by the signal descriptors and are based in classification techniques (CMBK) have shown the capability to solve the problem of fault location. The two proposed methodologies have advantages and drawbacks, but according to the integration theory presented, high complementarity has been reached. This makes possible the development of a hybrid approach used to avoid or reduces the multiple estimation of the fault location.