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Bus-based reliability indices and associated costs in the bulk power system
(1998) Ríos Marcuello, Sebastián; Vidal Parraga, Victor Julio; Kiguel, D. L.
This paper presents a methodology to evaluate the reliability and to calculate interruption costs at the load bus level in the bulk power system (Hierarchical Level II). The method is based on a nonsequential Monte Carlo simulation combined with a linear optimization model in which the load at every bus is represented by two components, a firm and a nonfirm (curtailable) portion. Expected values of not served energy (EENS), not served demand (EPNS) and loss of load probability (LOLP) are computed for the whole system (global indices) as well as for each load bus. The paper includes a sensitivity analysis taking into consideration variations of the indices due to factors such as interruption costs and load shedding policies. In a number of countries the evaluation of bus-based reliability indices has become a key component in the negotiation of supply contracts in the open access environment. The same indices are useful to assess the reliability of the supply at the delivery point to both distribution utilities and large industrial customers.
Desarrollo y aplicación de controladores para mejorar el amortiguamiento en sistemas eléctricos de gran escala
(2016) Arias Yurisch, Rodrigo Javier; Ríos Marcuello, Sebastián; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
En esta Tesis se aborda la problemática de los modos de oscilación electromecánicos de baja frecuencia, en los sistemas eléctricos de potencia (SEP). Dichas oscilaciones corresponden a uno de los principales desafíos en los SEP que, por lo general, están constituidos por líneas de transmisión largas, con una clara estructura longitudinal y que operan fuertemente cargadas. Estructuras de este estilo se presentan en diversos países tales como Brasil, Estados Unidos, Ecuador y particularmente en el sistema eléctrico chileno. La Tesis analiza en detalle las oscilaciones electromecánicas desde sus causas y efectos primarios, hasta el diseño y sintonización de los dispositivos de control disponibles en la actualidad, tales como los dispositivos FACTS y los estabilizadores de sistemas de potencia (PSS). Con el objeto de entender el fenómeno en estudio, en esta Tesis se clarifican, en primer lugar, los conceptos básicos que explican la estabilidad de los sistemas de potencia, dándose un énfasis particular a la estabilidad angular y a los fenómenos de inestabilidad ante pequeñas perturbaciones. Seguido, se presenta la clasificación e identificación de los modos de oscilación electromecánicos y su asociación con los elementos participantes mediante el análisis de los valores propios del SEP. A continuación, se identifican las máquinas sincrónicas con mayor participación en dichos modos de oscilación, definiendo el punto de partida de la metodología propuesta. La construcción de la metodología propuesta en este estudio se basa en una técnica metaheurística. Con el fin de entender la selección de la técnica metaheurística, se describen en detalle las técnicas que resultan más relevantes en la literatura. La técnica metaheurística seleccionado es el PSO (Particle Swarm Optimization), la cual es usada para la sintonización de los PSS y de los amortiguadores de las oscilaciones de potencia dispuestos tanto en los compensadores de reactivos (SVC) como en los capacitores serie controlados por tiristores (TCSC). La metodología propuesta permite identificar a las máquinas más relevantes para incorporarles un PSS, definir su señal de entrada y determinar las características de fase y ganancia de los respectivos estabilizadores. La metodología contempla la sintonización coordinada de los distintos tipos de estabilizadores existentes en el SEP. Dicha metodología es aplicada al caso chileno, un sistema de potencia de gran escala compuesto por más de 14000 terminales, más de 300 generadores y líneas de transmisión entre 66kV y 500kV. La modelación entre la interconexión de los sistemas SIC y SING se realiza a través de una línea de doble circuito de corriente alterna, de aproximadamente 578km, con una subestación intermedia. Particularmente, los resultados de este estudio se basan en la verificación del desempeño de los ajustes propuestos en el futuro sistema eléctrico chileno, tanto para pequeñas perturbaciones en modos de oscilación locales e interárea, como ante fallas en el sistema de transmisión. Adicionalmente, se presenta un análisis comparativo entre la respuesta del sistema antes y después de la incorporación de los controladores. Finalmente, en base a los resultados obtenidos se presentan las conclusiones del trabajo y se realizan recomendaciones para trabajos futuros en esta área de investigación.
Estudio de controladores de ciclo combinado para el mejoramiento de la respuesta dinámica de la unidad
(2008) Carmona Contreras, Sergio Adolfo; Ríos Marcuello, Sebastián; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
El estudio de las dinámicas de las centrales de ciclo combinado junto con sus controladores, se ha convertido en un tema de gran importancia en las últimas décadas. Estudiar y comprender el funcionamiento de plantas de ciclo combinado y sus diversos tipos de control, es necesario para evaluar su accionar frente a perturbaciones en el sistema y, principalmente en este estudio, para abordar el tema de regulación de frecuencia. Diversos estudios para evaluar el desempeño de ciclos combinados ante contingencias del sistema, han permitido concluir que las centrales de ciclo combinado tienen una capacidad limitada para responder eficiente y rápidamente frente una perturbación del sistema; esto se debe a que tal rapidez puede producir problemas en la planta debido a esfuerzos térmicos, mecánicos y emisiones dañinas, que resultarían perjudicial para ésta y para el sistema eléctrico. El desarrollo de este trabajo se basó en que un mejoramiento de los esquemas de control de las unidades de ciclo combinado, debiera permitir mejorar su respuesta dinámica frente a contingencias típicas del sistema, mejorar su desempeño en la regulación primaria de frecuencia, y a su vez, mantener las condiciones internas de la máquina en niveles seguros de operación.
Facts aplicados al sector generación-transmisión para la mitigación de oscilaciones de potencia.
(2012) Morocho Cabrera, Carlos Alberto; Ríos Marcuello, Sebastián; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
El problema de oscilaciones de potencia en un sistema eléctrico y su mitigación a través de dispositivos FACTS, basados en electrónica de potencia y sus correspondientes controladores POD, son de interés en el presente trabajo de investigación. Los compensadores estáticos de reactivos de impedancia variable, como SVC y TCSC son examinados y empleados en sistemas prueba (tomados de publicaciones técnicas) y en un sistema real, a gran escala, como el Sistema Eléctrico de Chile. Esta Tesis detalla los procedimientos para mejorar el amortiguamiento de las oscilaciones electromecánicas en un sistema de potencia con la incorporación de esquemas de control secundario en los dispositivos FACTS (controladores POD), obteniendo una adecuada sintonización (cálculo de parámetros de las constantes de tiempo y ajuste de ganancia) del controlador POD. El Análisis de Pequeña Señal, Diagramas de Nyquist y Lugar Geométrico de las Raíces, son técnicas adoptadas y las que se utilizan en programas computaciones como PSAT, MATLAB y NEPLAN.Por último, como aplicación real del diseño de controladores POD de dispositivos FACTS, se analiza el Sistema Eléctrico Interconectado Central de Chile, Zona Norte (perteneciente al Sistema Eléctrico de Chile), con un compensador serie TCSC (instalado conjuntamente con controlador POD) verificando el mejoramiento de su estabilidad a pequeña señal. Se emplean Estudios de Flujo de Carga, Estabilidad de Pequeña Señal y Estabilidad Transitoria para determinar la ubicación óptima del TCSC en el sistema, diseño de controladores POD y respuesta del SIC, respectivamente, frente a diversos tipos de perturbaciones, como cortocircuito, desconexión no planificada de un gran consumo, salida de un circuito de línea de transmisión del sistema 220 kV y desconexión de generación.
Incorporación de energía eólica en la planificación de la transmisión y operación de sistemas hidrotérmicos
(2008) Raby Heresi, Mauricio Andrés; Ríos Marcuello, Sebastián; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
El principal objetivo de la presente investigación consiste en incorporar la energía eólica en la planificación de la transmisión de sistemas hidrotérmicos en el mediano y largo plazo. La creciente conexión de grandes parques eólicos en la red hace que sea necesario contar con una modelación adecuada de estas fuentes para reflejar correctamente su efecto en la expansión de la transmisión, en los precios de la energía, en los embalses y en los generadores convencionales. La capacidad de transmisión, al condicionar la operación del sistema, corresponde al elemento clave que determina el balance económico entre la eficiencia operacional de corto plazo y el desarrollo óptimo de la red de mediano y largo plazo. Por lo tanto, en el presente trabajo se realiza una representación de las centrales eólicas en un modelo de simulación de la operación que utiliza la técnica de Programación Dinámica Dual Estocástica para resolver el problema de optimización. Este modelo es capaz de simular un sistema eléctrico hidrotérmico, con múltiples embalses y múltiples nodos. Los parques eólicos se incluyen a través de nueva modelación del sistema eléctrico que permita reflejar las variaciones horarias del viento (corto plazo) en simulaciones de mediano y largo plazo (10 años) para estudios de planificación de la transmisión.
Investigación del uso de AHP en la cuantificación de una métrica dinámica para sistemas eléctricos
(2008) Cabezas Valenzuela, Francisco Javier; Ríos Marcuello, Sebastián; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Dado los fenómenos de apagones totales y parciales sucedidos en los últimos años en diversos países desarrollados (Estados Unidos, Reino Unido, Italia, entre otros) y con una frecuencia de ocurrencia nunca antes vista, existe un interés creciente por conocer en profundidad el desempeño dinámico de los sistemas eléctricos de potencia. La característica dinámica de los sistemas eléctricos tiene variados orígenes además de presentar variados horizontes de tiempo. En esta complejidad los expertos han propuesto índices y pruebas para evaluar el desempeño dinámico de un sistema para las distintas posibilidades de observación de los fenómenos que ocurren en un sistema eléctrico de potencia. Algunos esfuerzos se centran en componer una métrica global para el desempeño dinámico usando varios elementos o índices, con una visión integral del problema. En este trabajo se propone un método para construir un índice a través de ponderadores basado en elementos constitutivos de AHP (proceso jerárquico analítico) que no se obtienen por simple ajuste de parámetros en forma empírica, sino, por la aplicación de criterios de comparación donde el experto define las dominancias de cada elemento respecto a un objetivo. Los ponderadores obtenidos siguen siendo subjetivos del experto por cuanto reflejan su criterio, la diferencia está en cómo el experto define estos ponderadores y cómo éstos se relacionan entre sí, de una forma cuantitativa. Finalmente, se obtiene un método capaz de extraer el conocimiento y la experiencia impresas en una métrica, además de hacer legible, para otros actores no expertos en el área, la forma de pensar que el experto propone en la métrica global.
Modelo OWC para estudios de interconexión a la red eléctrica
(2008) Valdebenito Tepper, Felipe César; Ríos Marcuello, Sebastián; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Actualmente en diversos países existe gran interés en aprovechar el recurso energético de Olas del mar. En este ámbito, hasta hoy se han creado muchas patentes y el sector privado comienza a tomar mayor participación. Una de las tecnologías que se ha desarrollado es el Oscillating Water Column (OWC), la que se ha utilizado en prototipos en diferentes partes del mundo desde hace más de 30 años. En este trabajo se modela el OWC en el dominio del tiempo integrando toda la cadena de conversión de energía tanto en sus componentes mecánicas y eléctricas. El objetivo es poder evaluar el funcionamiento de este tipo de tecnología cuando se interconecta a la red eléctrica, considerando la variabilidad de los parámetros principales de Olas.
Sequential Optimization for Siting and Sizing Distributed Generation (DG) in Medium Voltage (MV) Distribution Networks
(IEEE, 2007) Ríos Marcuello, Sebastián; Marcelo Andres, Rubio Sekul
New technologies and regulatory changes are producing a change from the distribution networks classical model, both from the point of view of the end user becoming an active player, and from the distribution network perspective by incorporating distributed generation (DG). This work intends to illustrate an algorithm that sequentially optimize the location and sizing of two sets of DG units connected to a medium voltage (MV) distribution network, taking into account both the incentive for reducing energy losses given by the Chilean regulator and considering the technical operating restrictions of the network.
Stochastic modeling of street lamps operation
(1996) Rebolledo, Rolando; Ríos Marcuello, Sebastián; Trigo, Rodrigo; Matus Acuña, Marcelo Enrique
This paper is based on the application of stochastic differential equations in simulating the active power consumption in street lamp operation, both in transient and steady state. The method worked as follows. Firstly, a collection of about 400 street lamps was measured in the laboratory. In addition, a theoretical model for the mean power consumption was derived. This model was expressed by means of a linear stochastic differential equations dependent on two parameter processes. The aforementioned parameters were then estimated from the experimental data and the equations solved numerically leading to a representation of the mean active power by means of a stochastic process.
Transmission expansion under market conditions: The Chilean experience
(IEEE, 2005) Araneda, Juan C; Ríos Marcuello, Sebastián
This paper describes the Chilean experience in the planning and expansion of the grid transmission capacity under deregulated electricity market conditions, since 1982. Over all these years, the evolving conditions in the energy market driven by the different private agents joined to the permanent demand growth, meant the need to introduce changes in 2004 to the original regulatory framework, being on of the main issues transmission pricing and investment. The main problems associated to transmission investments were located on the development or expansion of the trunk system due to the transmission costs allocation mechanism and the sharing nature of the assets, that provoked a free rider actuation of most of the agents. For that reason the transmission expansion had to be modified from a business based on free market bilateral negotiations among the transmission owner and the interested parties to a co-operative regulated scheme with participation of all agents involved. The first results of the modifications have been positive in order to reactivate investments in the trunk system.
Ubicación y dimensionamiento de generación distribuida en redes de media tensión en mercados competitivos
(2008) Rubio Sekul, Marcelo Andrés; Ríos Marcuello, Sebastián; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Las redes de distribución eléctrica fueron siempre elementos pasivos en relación al punto de vista del cliente y a la posibilidad de inyectar potencia al sistema eléctrico. La introducción de Generación Distribuida (GD) en la redes de distribución cambia este paradigma. Sin embargo, es necesario un cambio importante en los sistemas eléctricos regulados, esto debido a que las redes de distribución han sido tradicionalmente monopolios, en los cuales, en casos muy particulares de instalaciones industriales ha sido posible instalar y operar GD para satisfacer, normalmente, necesidades propias de la instalación excluyendo en la mayoría de los casos la producción de electricidad local con fines de ventas a la red eléctrica. En este sentido Chile dio un paso importante con el Decreto Nº 244, Reglamento para Medios de Generación no Convencionales y Pequeños Medios de Generación, el cual establece un marco jurídico que abre oportunidades a los que deseen invertir en GD.

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