Academic literature on the topic 'Sistemas electricos de potencia - Estabilidad'

Contexto: El despacho económico es una metodología clásica en los sistemas de potencia que generalmente se estudia en estado estacionario; no obstante, se trata de un sistema dinámico.Método: En este artículo se abordó una metodología que presenta el problema incorporando restricciones de estabilidad transitoria. El modelo matemático incluye ecuaciones diferenciales que describen la evolución temporal de todos los generadores síncronos del sistema frente a un conjunto predefinido de contingencias. Dada la complejidad del problema se usó el algoritmo de Particle Swarm Optimization (PSO) para integrar todos los elementos considerados en el modelo.Resultados: Se demostró una rápida convergencia y soluciones de buena calidad. La metodología propuesta fue evaluada en el sistema IEEE de 39 nodos de Nueva Inglaterra.Conclusiones: Los resultados indican una reducción en el costo de operación, además de garantizar la estabilidad transitoria. El tiempo de cómputo es adecuado para ser implementado en sistemas reales.

Cada día es más importante el uso del computador en el análisis de los problemas en ingeniería eléctrica; es igualmente importante, estimular la aplicación de herramientas de computador de uso general (plataformas de desarrollo matemático) en la implementación de soluciones de ingeniería. En este artículo se presenta una caja de herramientas (toolbox) desarrollada en una plataforma de desarrollo matemático de distribución libre llamada Scilab, con el propósito de servir de base para el análisis de sistemas de potencia. Así mismo, se hace una descripción general de Scilab y los algoritmos de análisis de sistemas de potencia a implementar en la caja de herramientas, que permite realizar análisis de sistemas de potencia en estado estable incluyendo análisis de flujo de carga, cortocircuito, estabilidad y despacho económico.

Los estudios de estabilidad transitoria o transitorios electromecánicos son frecuentemente ignorados en el ámbito de los sistemas eléctricos de potencia industriales, a pesar de que la información obtenida a partir de dichos estudios resulta fundamental para entender el comportamiento dinámico de sistemas eléctricos de potencia de cualquier tipo, así como para identificar la necesidad de acciones correctivas y evaluar su efectividad sobre la seguridad operativa del sistema eléctrico. En este artículo se analiza el comportamiento dinámico de un sistema de potencia industrial con generación propia, interconectado a la red pública del sistema de transmisión, al ocurrir una falla en el transformador de interconexión entre ambos sistemas. El análisis reportado en el presente trabajo resultó ser una parte fundamental para entender el porqué de la actuación de las protecciones de baja y alta frecuencia de los generadores y en consecuencia el colapso total del sistema industrial.

<p>Se propone un estabilizador de potencia predictivo para amortiguar oscilaciones de potencia en un sistema eléctrico de potencia(SEP) formado por una sola máquina conectada a una barra infinita (Single Machine Infinite Bus, SMIB). Este enfoque considera un análisis de estabilidad de pequeña señal, usando un modelo incremental alrededor de un punto de operación. El estabilizador proporciona señales de control óptimas, debido a que además de utilizar el controlador predictivo basado en modelo (Model Predictive Controller, MPC) sus parámetros se optimizan fuera de línea empleando un algoritmo de optimización por enjambre de partículas (Particle Swarm Optimization, PSO). Su comportamiento se compara con un estabilizador del sistema potencia convencional, con parámetros también optimizados con PSO fuera de línea. Para validar la metodología propuesta, se presentan numerosas simulaciones de respuestas dinámicas del SMIB, para diferentes condiciones de operación y perturbaciones.</p>

Este trabajo presenta un estudio de los diferentes tipos de estabilidad que están presentes en los Sistemas Eléctricos de Potencia (SEP) atendiendo su naturaleza física, tamaño de la perturbación y escala de tiempo, con énfasis en los fenómenos oscilatorios de pequeña señal. Con el fin de mejorar la estabilidad de pequeñas señales, se implementa el ajuste del estabilizador de potencia 2B propuesto por la IEEE, y que no está implementado en la herramienta, utilizando la herramienta Simulink de Matlab versión R2017a, se toman como esquema base el propuesto en Kundur (1993). El comportamiento que presenta el modelo mostrado ante una perturbación es comparado con modelos ya implementados en la herramienta, observándose un mejor comportamiento y confiabilidad.

Contexto: La utilizacion de microrredes en zonas no interconectadas se ha convertido en la unica alternativa que tiene las personas que habitan estas regiones para acceder al servicio de energía eléctrica. Debido a esto se hace necesariooptimizar la utilización de estos sistemas y en caso que sea posible expandir las ya existentes para aumentar la cobertura y de esta manera apoyar el cumplimiento del objetivo de desarrollo sostenible numero 7 planteado por las naciones unidas: Energía asequible y no contaminante. Metodología: En este artículo se presenta dos casos de expansión para una microrred basada en un sistema de generación fotovoltaica que se encuentra en una zona no interconectada de Colombia. Se realiza el análisis de generación eléctrica del sistema mediante Matlab/Simulink y el análisis de pequeña señal para verificar la estabilidad es ejecutado a través de Neplan. Con base en lo anterior se logra establecer una metodología que permite definir la capacidad de expansión de una microrred. Resultados: A partir del análisis de estabilidad de pequeña señal realizado en Neplan se obtiene los valores propios del sistema, tanto de la microrred actual como de los dos casos de expansión, esto con el fin de garantizar la estabilidad en la microrred ante tres escenarios diferentes; cargas no lineales, aumento de potencia demandada y generada. Conclusiones: En los sistemas de generación solar fotovoltaica ubicados en zonas no interconectadas y operando en modo isla los inversores influyen en la estabilidad de frecuencia considerablemente, debido a que la reducida inercia en estos sistemas conduce a una variación más rápida de este parámetro. Es por esto por lo que el análisis de estabilidad de pequeña señal es el método indicado para estudiar el comportamiento de microrredes ante variaciones de potencia demanda y generada, particularmente en los sistemas que operan en las zonas no interconectadas, porque ante pequeñas perturbaciones es posible identificar los cambios en la dinámica del sistema.

En este artículo se realiza un análisis de la literatura científica producida en materia de modelación y simulación de sistemas de potencia con penetración de energía renovable. Por medio de una revisión documental de los trabajos publicados por el investigador en cuestión, se sintetizaron los aspectos más innovadores de tales estudios y las herramientas utilizadas, con el fin de aportar una valiosa contribución a la búsqueda de soluciones óptimas de los problemas operacionales y de planeación que se presentan en los sistemas eléctricos gracias a la creciente penetración de fuentes de energía renovable. Dicha revisión se abordó a través de la agrupación del material científico de acuerdo con las siguientes subtemáticas: energía renovable en Latinoamérica y Colombia; modelación de incertidumbre de sistemas solares, eólicos, pequeñas centrales hidroeléctricas y vehículos eléctricos y optimización heurística aplicada a sistemas de potencia con penetración de energía renovable. A partir de ello se exponen tanto la aplicabilidad como los beneficios del desarrollo de formulaciones matemáticas, por lo general complejas, que permiten garantizar robustez, estabilidad, eficiencia, flexibilidad y rentabilidad de dichos sistemas. Como resultado de la aplicación de la modelación de incertidumbre propuesta en redes similares a las identificadas, se obtuvo la compilación simplificada de un bagaje invaluable de conocimientos particularmente útiles para evaluar la integración de las tecnologías de las energías renovables en cualquier sector económico.

Con el creciente uso de energía eólica surge la necesidad de modificar los sistemas eléctricos de potencia, debido a la falta de inercia que caracteriza la generación renovable. Se plantea emular la respuesta inercial de aerogeneradores para mitigar estos efectos ocasionados por una configuración que le impide reaccionar ante fallas ocurridas en la red eléctrica. Para validación de lo propuesto se estudia la aplicación de inercia virtual en los parques eólicos Los Cocos, Larimar 1 y Larimar 2, que representan el mayor porcentaje de generación eólica de la República Dominicana. Para analizar el efecto de la configuración propuesta en la estabilidad del Sistema Eléctrico Nacional Interconectado se utilizó el software Power Factory DIgSILENT, donde se hacen simulaciones bajo distintos parámetros de carga para obtener las curvas de variación de la frecuencia eléctrica frente a distintos valores de la constante de inercia al ocurrir una falla por desconexión de una central generadora. Con el fin de aplicar la inercia virtual en los aerogeneradores se utiliza la electrónica de potencia para realizar la inyección de potencia activa a la red eléctrica cuando ocurre una falla en el sistema eléctrico. Se desarrolla un modelo dinámico con base en el control ROCOF (Rate of Change of Frequency) cuyo objetivo es inyectar potencia activa al sistema dependiendo de la variación de frecuencia. Realizando las simulaciones se comprueba que aplicando inercia virtual se obtiene una mayor estabilidad en el sistema eléctrico y menos probabilidad de un posible colapso del sistema eléctrico.

Los sistemas Corriente Continua de Alta Tensión (HVDC), actualmente son muy utilizados a nivel mundial debido a sus ventajas frente a sistemas de transmisión tradicionales. Se realizo una investigación sobre la modelación y simulación estático-dinámica de los sistemas HVDC. Los modelos encontrados se basan en conversores tipo fuente de corriente (LCC), conversores tipo fuente de voltaje (VSC), conversores modulares multinivel (MMC), sistemas multiterminal DC (MTDC) y de alimentación múltiple (multi-infeed HVDC). Las principales simulaciones, son transitorios electromagnéticos (EMT), estado cuasi estacionario (QSS), simulaciones híbridas de fasores dinámicos y transitorios electromecánicos, simulaciones híbridas de transitorios electromagnéticos (EMT) y estabilidad transitoria (TS), fasores dinámicos basado en interfaz (DPIM) para simulaciones híbridas EMT y TS, flujos de potencia HVDC y simulación digital de tiempo real (RTDS), determinando la complejidad de los sistemas HVDC en el modelado, simulación y controles con el objetivo de que enlaces mixtos AC/DC sean factibles técnicamente.

Ingeniero Civil Electricista
Los sistemas eléctricos de potencia (SEP) cada día se encuentran más exigidos, en tanto el crecimiento de la demanda últimamente aumenta a mayor tasa que las inversiones en el rubro. Esto ha obligado a que la operación de estos sea cada vez más cerca de sus límites de estabilidad. Verificar la respuesta en el tiempo de un sistema dinámico tan grande, a la vez para miles de perturbaciones posible resulta una tarea titánica, por lo cual el análisis transitorio de estabilidad se reserva solo para contingencias críticas. En cambio, para las contingencias de menor importancia y que pueden calificar dentro de la categoría de perturbación, basta con un análisis de estabilidad de pequeña señal. Los estudios de pequeña señal permiten identificar los modos de oscilación para todo un conjunto de perturbaciones pequeñas, con un menor esfuerzo computacional, aunque a costa de una menor precisión. Reconocer los modos de oscilación de un sistema permite identificar aquellos inestables o de bajo amortiguamiento, para así tomar decisiones de inversión en transmisión que mejoren esta situación, pero incluso, últimamente se está utilizando el reconocimiento modal para la ejecución de acciones en tiempo real que permitan controlar las oscilaciones, por lo que el estudio de pequeña señal aún resulta ser un campo con aplicaciones industriales relevantes, sobre todo ahora que los sistemas de comunicaciones permiten recopilar la información de toda la red de manera rápida y confiable. En este trabajo se busca en primer lugar, validar la utilización de los modelos de pequeña señal, comparando la respuesta transitoria de sistemas de prueba contra la linealización del mismo. Luego, se procede a identificar las variables más relevantes y que aportan en mayor medida a las oscilaciones e inestabilidades del sistema, para finalmente aplicar un estudio de análisis modal a un caso real, mediante el modelamiento simplificado del Sistema Interconectado Central chileno. En este contexto, se analiza el escenario presente, y un escenario con nuevas inversiones en transmisión, para verificar si existe algún impacto en los modos de oscilación naturales del sistema. Además se estudia el efecto de la variación en el escenario de generación, incrementando la diferencia angular entre barras del sistema. Por último, se incluye un análisis de sensibilidad para todos los casos estudiados, determinando la ubicación del valor propio de menor amortiguación en el plano complejo, frente a contingencias e inversiones en elementos serie de la red de trasmisión. Los resultados concluyen que el efecto de la red de transmisión es acotado en mejorar la estabilidad, impactando solo de manera puntual a algunos valores propios, pudiendo una misma acción (inversión o contingencia) empeorar o mejorar el amortiguamiento de las oscilaciones electromecánicas.

Tesis para optar al grado de Doctor en Ingeniería Eléctrica en cotutela con la Universidad de Nottingham, U.K.
En los últimos años, el interés por la protección del medio ambiente y la sostenibilidad energética ha aumentado de manera constante; este hecho ha promovido actividades de investigación y proyectos centrados en fuentes de energía renovable no convencional (ERNC) como reemplazo de los combustibles fósiles. En este contexto, las tecnologías basadas en ERNC ofrecen una solución para integrar recursos energéticos distribuidos donde se ha introducido el concepto Microred (MR) para facilitar la integración de un gran número de microgeneradores, unidades de almacenamiento de energía y cargas. Esta integración se logra utilizando convertidores basados en electrónica de potencia, y por lo tanto, hay un aumento en estos dispositivos en los sistemas modernos de energía eléctrica. La proliferación de convertidores de potencia afectará inevitablemente tanto la calidad de la energía como la estabilidad de los sistemas eléctricos que tienen interfaces basadas en estos dispositivos. En este contexto, dos cuestiones clave que deben abordarse son las siguientes: (i) los desequilibrios y armónicos inherentemente presentes en la MR debido a la naturaleza aleatoria de las cargas y (ii) dado que las microredes son sistemas débiles, la estabilidad entre el convertidor de potencia y el punto de acoplamiento común (PCC). Estas dos cuestiones críticas en microredes se estudian en esta tesis. El primero se analiza considerando sistemas de 4 hilos mientras que el último se estudia considerando un sistema balanceado de 3 hilos. Para gestionar los problemas de desequilibrio y armónicos en microredes de 4 hilos, se proponen dos enfoques. Primero, se propone una metodología novedosa basada en la aplicación de un filtro de potencia activa (APF, por sus siglas en inglés) de 4 hilos. El control del compensador se basa en la Teoría de la Potencia Conservativa (CPT). En el segundo enfoque, se propone un esquema de control cooperativo basado en la CPT para compartir desequilibrios y armónicos en sistemas trifásicos de cuatro hilos controlados mediante control droop. El comportamiento de los dos esquemas de control propuestos se demuestra mediante el uso de prototipos y utilizando las condiciones de operacion una microred real ubicada en Canadá. Para estudiar cómo la naturaleza débil de las MG afecta la estabilidad de la interfaz entre un convertidor y el PCC, se ha realizado un análisis de estabilidad centrado en el bucle de bloqueo de fase (PLL, por sus siglas en inglés), basado en una modelacion del sistema en coordenadas dq. El sistema estudiado corresponde a un convertidor de 3 hilos conectado a una red débil trifásica equilibrada. El rendimiento de este método se valida mediante la simulación con el software Plexim PLECS y se realiza una validación experimental.

Introducción: Hasta ahora, ninguno de los métodos empleados para la evaluación y asignación de la prestación del servicio complementario de control de tensión y potencia reactiva resuelve el problema de garantizar la reserva suficiente de potencia reactiva dinámica, para minimizar el riesgo del colapso de tensión. En esta tesis se plantea una novedosa metodología para la evaluación, valoración y asignación de la prestación de este servicio, asociando al índice del margen de estabilidad de tensión, la valoración d ela potencia reactiva dinámica requerida para el control de tensión y la minimización del riesgo de un colapso de tensión. Así mismo, en esta tesis se propone y desarrolla una nueva metodología que permite la participación de recursos de la demanda, mediante la asociación del índice del margen de estabilidad con el coste de oportunidad de su incluisión en la prestación del servicio de control y potencia reactiva. ESTRUCTURA DE LA TESIS: Esta tesis está organizada de la siguiente manera. Inicialmente se presenta una revisión del estado del arte sobre la prestación de los servicios complementarios, en general, y del servicio complementario de control de tensión y potencia reactiva, en particular, mediante un análisis compartativo entre cuatro, y dos regiones de USA. Posteriormente se desarrolla el marco teórico de los aspectos físicos que limitan la prestación del servicio de potencia reactiva dinámica y las implicaciones de estos límites en la seguridad del sistema de potencia, demostrándose en esta tesis nuevos efectos que sobre la estabilidad tienen los límites operacionales de los generadores. A continuación se desarrolla en esta tesis una nueva metodología para la evaluación, valoración y asignación de la prestación del servicio complementario de tensión y potencia reactiva, resolviendo el problema de garantizar de forma eficiente la prestación de eeste servicio para minimizar el riesgo de colapso de tensión, al igual se desarrolla la motodología para la
Perdomo Fontalvo, DA. (2013). Valoración de la presentación del servicio complementario de control de tensión y soporte de potencia reactiva dinámica para la seguridad de los sistemas electrónicos de potencia [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/29029
Palancia

[ES] La naturaleza aleatoria que caracteriza algunos fenómenos en sistemas físicos reales (e.g., ingeniería, biología, economía, finanzas, epidemiología y otros) nos ha planteado el desafío de un cambio de paradigma del modelado matemático y el análisis de sistemas dinámicos, y a tratar los fenómenos aleatorios como variables aleatorias o procesos estocásticos. Este enfoque novedoso ha traído como consecuencia nuevas especificidades que la teoría clásica del modelado y análisis de sistemas dinámicos deterministas no ha podido cubrir. Afortunadamente, maravillosas contribuciones, realizadas sobre todo en el último siglo, desde el campo de las matemáticas por científicos como Kolmogorov, Langevin, Lévy, Itô, Stratonovich, sólo por nombrar algunos; han abierto las puertas para un estudio bien fundamentado de la dinámica de sistemas físicos perturbados por ruido. En la presente tesis se discute el uso de ecuaciones diferenciales algebraicas estocásticas (EDAEs) para el modelado de sistemas multifísicos en red afectados por perturbaciones estocásticas, así como la evaluación de su estabilidad asintótica a través de exponentes de Lyapunov (ELs). El estudio está enfocado en EDAEs d-index-1 y su reformulación como ecuaciones diferenciales estocásticas ordinarias (EDEs). Fundamentados en la teoría ergódica, es factible analizar los ELs a través de sistemas dinámicos aleatorios (SDAs) generados por EDEs subyacentes. Una vez garantizada la existencia de ELs bien definidas, hemos procedido al uso de técnicas de simulación numérica para determinar los ELs numéricamente. Hemos implementado métodos numéricos basados en descomposición QR discreta y continua para el cómputo de la matriz de solución fundamental y su uso en el cálculo de los ELs. Las características numéricas y computacionales más relevantes de ambos métodos se ilustran mediante pruebas numéricas. Toda esta investigación sobre el modelado de sistemas con EDAEs y evaluación de su estabilidad a través de ELs calculados numéricamente, tiene una interesante aplicación en ingeniería. Esta es la evaluación de la estabilidad dinámica de sistemas eléctricos de potencia. En el presente trabajo de investigación, implementamos nuestros métodos numéricos basados en descomposición QR para el test de estabilidad dinámica en dos modelos de sistemas eléctricos de potencia de una-máquina bus-infinito (OMBI) afectados por diferentes perturbaciones ruidosas. El análisis en pequeña-señal evidencia el potencial de las técnicas propuestas en aplicaciones de ingeniería.
[CA] La naturalesa aleatòria que caracteritza alguns fenòmens en sistemes físics reals (e.g., enginyeria, biologia, economia, finances, epidemiologia i uns altres) ens ha plantejat el desafiament d'un canvi de paradigma del modelatge matemàtic i l'anàlisi de sistemes dinàmics, i a tractar els fenòmens aleatoris com a variables aleatòries o processos estocàstics. Aquest enfocament nou ha portat com a conseqüència noves especificitats que la teoria clàssica del modelatge i anàlisi de sistemes dinàmics deterministes no ha pogut cobrir. Afortunadament, meravelloses contribucions, realitzades sobretot en l'últim segle, des del camp de les matemàtiques per científics com Kolmogorov, Langevin, Lévy, Itô, Stratonovich, només per nomenar alguns; han obert les portes per a un estudi ben fonamentat de la dinàmica de sistemes físics pertorbats per soroll. En la present tesi es discuteix l'ús d'equacions diferencials algebraiques estocàstiques (EDAEs) per al modelatge de sistemes multifísicos en xarxa afectats per pertorbacions estocàstiques, així com l'avaluació de la seua estabilitat asimptòtica a través d'exponents de Lyapunov (ELs). L'estudi està enfocat en EDAEs d-index-1 i la seua reformulació com a equacions diferencials estocàstiques ordinàries (EDEs). Fonamentats en la teoria ergòdica, és factible analitzar els ELs a través de sistemes dinàmics aleatoris (SDAs) generats per EDEs subjacents. Una vegada garantida l'existència d'ELs ben definides, hem procedit a l'ús de tècniques de simulació numèrica per a determinar els ELs numèricament. Hem implementat mètodes numèrics basats en descomposició QR discreta i contínua per al còmput de la matriu de solució fonamental i el seu ús en el càlcul dels ELs. Les característiques numèriques i computacionals més rellevants de tots dos mètodes s'illustren mitjançant proves numèriques. Tota aquesta investigació sobre el modelatge de sistemes amb EDAEs i avaluació de la seua estabilitat a través d'ELs calculats numèricament, té una interessant aplicació en enginyeria. Aquesta és l'avaluació de l'estabilitat dinàmica de sistemes elèctrics de potència. En el present treball de recerca, implementem els nostres mètodes numèrics basats en descomposició QR per al test d'estabilitat dinàmica en dos models de sistemes elèctrics de potència d'una-màquina bus-infinit (OMBI) afectats per diferents pertorbacions sorolloses. L'anàlisi en xicotet-senyal evidencia el potencial de les tècniques proposades en aplicacions d'enginyeria.
[EN] The random nature that characterizes some phenomena in the real-world physical systems (e.g., engineering, biology, economics, finance, epidemiology, and others) has posed the challenge of changing the modeling and analysis paradigm and treat these phenomena as random variables or stochastic processes. Consequently, this novel approach has brought new specificities that the classical theory of modeling and analysis for deterministic dynamical systems cannot cover. Fortunately, stunning contributions made overall in the last century from the mathematics field by scientists such as Kolmogorov, Langevin, Lévy, Itô, Stratonovich, to name a few; have opened avenues for a well-founded study of the dynamics in physical systems perturbed by noise. In the present thesis, we discuss stochastic differential-algebraic equations (SDAEs) for modeling multi-physical network systems under stochastic disturbances, and their asymptotic stability assessment via Lyapunov exponents (LEs). We focus on d-index-1 SDAEs and their reformulation as ordinary stochastic differential equations (SDEs). Supported by the ergodic theory, it is feasible to analyze the LEs via the random dynamical system (RDSs) generated by the underlying SDEs. Once the existence of well-defined LEs is guaranteed, we proceed to the use of numerical simulation techniques to determine the LEs numerically. Discrete and continuous QR decomposition-based numerical methods are implemented to compute the fundamental solution matrix and use it in the computation of the LEs. Important numerical and computational features of both methods are illustrated through numerical tests. All this investigation concerning systems modeling through SDAEs and their stability assessment via computed LEs finds an appealing engineering application in the dynamic stability assessment of power systems. In this research work, we implement our QR-based numerical methods for testing the dynamic stability in two types of single-machine infinite-bus (SMIB) power system models perturbed by different noisy disturbances. The analysis in small-signal evidences the potential of the proposed techniques in engineering applications.
Mi agradecimiento al estado ecuatoriano que, a través del Programa de Becas para el Fortalecimiento y Desarrollo del Talento Humano en Ciencia y Tecnología 2012 de la Secretaría Nacional de Educación Superior, Ciencia y Tecnología (SENESCYT), han financiado mis estudios de doctorado.
González Zumba, JA. (2020). Dynamic Modeling and Stability Analysis of Stochastic Multi-Physical Systems Applied to Electric Power Systems [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/158558
TESIS

No autorizada por el autor para ser publicada a texto completo
En Chile se proyecta en los próximos años la construcción de una línea de transmisión en corriente continua de alto voltaje (HVDC) de 2000 km. Los enlaces HVDC presentan ventajas comparativas, de tipo operacional y económico, con respecto a la transmisión tradicional cuando cubre distancias sobre los 800 km. Uno de los principales desafíos de esta tecnología es que su operación requiere el consumo de potencia reactiva para el proceso de conversión, el que puede alcanzar valores cercanos al 50% de la potencia activa transmitida. Para el caso chileno se estima que el valor de la compensación ascendería a 1300 MVAr en los extremos de la línea, por ello potenciales déficits de potencia reactiva impactaría directamente en la estabilidad tensión de la red eléctrica. El objetivo general de este trabajo de memoria es estudiar el impacto en la estabilidad de tensión que provoca un enlace HVDC en un Sistema Eléctrico de Potencia. La metodología para abordar este problema, se basa en estudios cuasi-estáticos, centrados en las ecuaciones estáticas del sistema y sus respectivas linealizaciones, con los cuales se estima el grado de estabilidad de la zona de operación. Las principales técnicas para determinar indicadores de estabilidad de tensión se basan en una combinación de la sub-matrices del Jacobiano del método Newton-Raphson, con las cuales se obtiene una relación directa entre las potencias reactivas inyectadas a las barras y los módulos de la tensión de estas (matriz Jacobiana reducida). En este trabajo se combinan los valores y vectores propios de la matriz Jacobiana reducida a fin de obtener el indicador de sensibilidad de tensión. La plataforma de trabajo utilizada es MATLAB con la que se obtienen las variables de estado, matriz Jacobiana reducida y valores de sensibilidad. Para las redes AC incorporadas a este trabajo se utiliza una combinación de programas de análisis DigSilent y MATLAB, con los que se obtienen indicadores de estabilidad de tensión con errores menores al 1%. Para redes AC/DC se trabaja solo con Matlab en los trabajos documentados, obteniendo errores menores al 1% y 7% en las variables de estado AC y DC respectivamente. Para sistemas de modelación simplificada (enlace HVDC más dos barras AC) se concluye que la incorporación de enlaces HVDC impacta de manera negativa en la estabilidad de tensión cuando el sistema AC es débil y no existe una estrategia adecuada de control. Para sistemas extendidos (enlace HVDC más multi-barras AC) se concluye que la estabilidad de tensión no sólo se basa en la robustez del sistema y forma de control del enlace, sino además, las cantidades de potencia activa y reactiva en sus extremos y la metodología de convergencia adoptada en el flujo de potencia, esto debido a que la estabilidad de tensión depende del estado del sistema.

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.

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.

Ingeniero Civil Electricista
Actualmente el observatorio ALMA se encuentra aún en su etapa de construcción. Por este motivo, el sistema eléctrico con el que cuentan sus instalaciones se considera provisorio y se está migrando paulatinamente a un sistema eléctrico permanente. En este proceso resulta de vital importancia realizar un acucioso análisis de estabilidad con el fin de detectar problemas que pudieran verificarse en la implementación del diseño definitivo. Dicho análisis corresponde al foco de la presente Memoria de Título. Todo análisis de estabilidad requiere de un modelo. En el caso de este sistema , el modelo se construye usando el software DigSILENT® en base a diagramas unilineales, planos CAD, datos de placa de equipos, estudios de protecciones y estudios de consumo de las antenas instaladas actualmente. Este modelo proporciona los medios para implementar el análisis modal del sistema, el cual consiste en determinar los modos de oscilación, amortiguamiento y la actividad relativa de las variables de estado cuando un modo en particular del sistema es excitado. Específicamente, para este fin se determinan las matrices que se asocian a una representación en variables de estado del sistema linealizado; todo lo anterior mediante el software DigSILENT®. Los resultados indican que el sistema eléctrico es estable frente a pequeñas perturbaciones y que, en los escenarios de carga estudiados, los cambios en los polos del sistema no son significativos. Tampoco se observan inestabilidades de voltaje o frecuencia o problemas con los niveles en las frecuencias de los modos oscilatorios. En conclusión, el sistema eléctrico es estable frente a pequeñas perturbaciones. Sin embargo, el tiempo de amortiguamiento es muy alto para los modos oscilatorios, situación que puede ser mejorada con la implementación de un control suplementario como el POD, el cual modifica la parte del modo oscilatorio correspondiente al coeficiente de amortiguamiento.

El objetivo de la presente tesis es mostrar y explicar la base teórica para el análisis del fenómeno de Estabilidad de la Tensión usando el Análisis Modal en Sistemas Eléctricos de Potencia, que permite conocer una medida de la cercanía del sistema a la inestabilidad e identificar las áreas del sistema con potenciales problemas de Estabilidad de Tensión. El Análisis Modal esta basado en el estudio de la red mediante el análisis de la matriz jacobiana, la cual contiene las relaciones entre las potencias activas, potencias reactivas y las tensiones en barras. Siendo la inestabilidad de tensión un problema influenciado por la imposibilidad del sistema de suministrar la suficiente potencia reactiva hacia las cargas, el Análisis Modal es una herramienta que provee información útil acerca de la relación entre las potencias reactivas y las tensiones en barras. Los criterios para la evaluación de la Estabilidad de Tensión utilizando el Análisis Modal son establecidos durante el desarrollo de la teoría y serán aplicados a tres sistemas de potencia (el primero de 9 barras, el segundo IEEE de 30 barras y el tercero es el Área Norte del SEIN), que permitirá extraer conclusiones que permiten verificar la utilidad del Análisis Modal. La herramienta computacional utilizada para los cálculos será el software MATLAB, debido a las facilidades que presente para trabajar con los modelos matemáticos aplicados a los sistemas eléctricos.