Importancia de la modelación de empalmes monofásicos y puestas a tierra en sistemas de distribución de baja tensión integrados con generación distribuida

Abstract

En el contexto del cambio climático, la adopción de tecnologías bajas en emisiones de carbono a nivel residencial se presenta como una opción para mitigar los efectos ambientales y promover el uso de energías limpias. Sin embargo, la integración masiva de estas tecnologías puede generar problemas en las redes de distribución eléctrica. Bajo esta problemática, esta memoria de título se centra en el análisis de la adopción de generación distribuida mediante paneles solares en redes de baja tensión, explorando el impacto del tipo de modelación de empalmes y puestas a tierra, usando para ello redes reales de distribución.

Para dar cumplimiento a los objetivos del presente trabajo, se desarrolló una herramienta de modelación y simulación empleando técnicas estocásticas y modelos de carga que permitió analizar escenarios realistas de redes de baja tensión. Se exploró la posibilidad de simplificar la modelación de empalmes monofásicos a trifásicos para reducir la carga computacional, concluyendo que esta simplificación impacta significativamente la precisión de los resultados. La herramienta desarrollada integra simulaciones con condiciones de carga monofásica y trifásica, así como la modelación de puestas a tierra, permitiendo evaluar detalladamente la capacidad de integración de generación distribuida e identificar puntos críticos en la red que pueden requerir mejoras para asegurar un correcto suministro eléctrico.

Se estudió un conjunto global de cientos de redes de distribución reales, analizando la ocurrencia de problemas de sobretensión en los consumos y problemas de sobrecarga en los conductores de la red. Los resultados indicaron que las redes donde se realizó la modelación simplificada de asumir las conexiones como trifásicas balanceadas (un supuesto ampliamente utilizado en estudios de sistemas de potencia), se subestima significativamente la aparición de problemas en comparación a las redes donde se realizó la modelación exacta de la conexión de empalmes a la red, debido a las fluctuaciones generadas por la diferencia en el número de conductores. Además, se observó que la modelación de puestas a tierra, para niveles realistas de desbalance, tuvo un impacto mínimo en los sistemas de distribución reales analizados.

Los resultados subrayan la importancia de considerar el tipo de modelo de empalme al analizar la integración de tecnologías solares en redes de distribución. Esto proporciona conocimientos valiosos para el diseño de estrategias efectivas en redes de baja tensión y destaca la necesidad de herramientas de modelación precisas y eficientes para apoyar la planificación y operación de redes de distribución modernas. La implementación y prueba del modelo se realizaron en las redes de baja tensión de la subestación Macul, la cual alimenta 1,650 transformadores de distribución totalizando una capacidad instalada de 278 [MVA], con una extensión total de redes de baja tensión de 1,614 [km] que a su vez suministran a 116,186 clientes, validando así su aplicación en redes reales.