8.2.05. Doctorado en Sistemas de Ingeniería
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Item Control predictivo aplicado a un convertidor matricial multimodular para conversión de energía en sistemas de generación multifásicosAutores: Toledo Gallardo, Sergio RamónAutor Institucional: Universidad de TalcaProfesor Guía: Rivera Abarca, Marco Esteban; Wheeler, Patrick; Gregor, RaúlLa generación distribuida basada en fuentes de energía renovable surge como una solución plausible para la creciente demanda mundial de energía. En este contexto, los sistemas de generación multifásicos son una opción factible que proporciona mayor robustez y capacidad de generación anual que necesita etapas de conversión de potencia eficiente y totalmente controlada. En esta tesis doctoral se presentan los aportes logrados en términos de nuevas topologías basadas en convertidores matriciales multimodulares como etapa de conversión de energía de sistemas hexafásicos, así como mejoras en la implementación de técnicas de control predictivo para esta aplicación. Las principales propuestas se basan en el aprovechamiento de la topología multimodular para mejorar el desempeño del sistema en términos de distorsión armónica total y error cuadrático medio respecto a una implementación clásica del control predictivo de corriente. La técnica propuesta utiliza un término de acoplamiento entre los módulos que se basa en la predicción del error de seguimiento de un módulo que se suma a la referencia del otro para minimizar el error total. La mejora es de alrededor del 30% en promedio en términos de la distorsión armónica y del 40% en el error cuadrático medio. Los resultados son validados además mediante una plataforma experimental construida con este objetivo donde se observa el fenómeno mencionado. Además también se propone una nueva topología de sistema interconectado a la red que utiliza un doble lazo de control con un bucle interno de control predictivo de tensión y uno externo consistente en un control proporcional resonante que logra un alto nivel de calidad de la corriente inyectada al momento de controlar la potencia activa y reactiva que suministra el sistema de generación hexafásico a la red. Finalmente la hipótesis propuesta es validada y se verifica la trascendencia del trabajo realizado mediante un resumen de las publicaciones realizadas en el marco de la tesis doctoral.Item Localización, dimensionamiento y conexión de sistemas de energía: un marco metodológico para un desarrollo sustentableAutores: Olave Rojas, David AlfredoProfesor Guía: Álvarez Miranda, EduardoEl principal desafío de la humanidad en los siguientes años es desarrollar un estilo de vida económica, social y ambientalmente sustentable. Uno de los principales caminos para lograr esto es mediante la generación y uso de la energía de forma sustentable, pues afecta a todas las áreas de la humanidad. Esto implica la necesidad de cambiar nuestra matriz actual basada en combustibles fósiles, especialmente si pensamos que las reservas actuales de combustible tienen un horizonte máximo ubicado entre el año 2050 y el 2100. En este contexto, las energías renovables no convencionales son una solución sumamente atractiva y competitiva, presentando desafíos técnicos, económicos y operativos. Parte de estos desafíos se pueden enfrentar, por ejemplo, mediante sistemas de almacenamiento de energía, pero su incorporación a los sistemas eléctricos conlleva afrontar cuestiones que requieren el desarrollo de herramientas de apoyo a la toma de decisiones en las etapas de diseño y dimensionamiento de los sistemas de potencia. Si bien existen trabajos anteriores que han dedicado esfuerzos desde la investigación de operaciones, con el fin de aportar mejoras que avancen hacia una solución, ninguno de ellos ha incluido todos los actores de forma integrada, tomando en cuenta la interacción entre ellos. Persiguiendo ese fin, en esta tesis doctoral se estudia y presenta un marco metodológico que permita mejorar la sustentabilidad de una región determinada desde el punto de vista de los sistemas de energía. Para esto se han utilizado herramientas de análisis y pronóstico de datos, con el objetivo de confeccionar una base de datos curada sobre el sistema eléctrico chileno. Luego se ha confeccionado un modelo de programación matemática mixta con el fin de apoyar la toma de decisiones de nivel estratégico, correspondiente a la inversión en proyectos de energía renovable. Las decisiones incluidas son las relativas a la localización, el dimensionamiento y la conexión de componentes, además de la generación, el almacenamiento y la transmisión de energía. Finalmente se ha desarrollado una formulación heurística que no solo incluya las complejidades estratégicas estudiadas en el trabajo anterior, sino que también, las complejidades existentes a nivel operativo y que afectan una evaluación de proyecto. Los resultados muestran que el marco metodológico presentado no solo contribuye para apoyar la toma de decisiones desde el punto de vista del inversionista, sino que también permite evaluar aspectos territoriales con el objetivo de determinar su potencial para proyectos de energía por parte de instituciones reguladoras u organismos gubernamentales, mejorando los niveles de sustentabilidad del área. Además, permite explorar posibles tecnologías en fase de desarrollo como lo son algunas asociadas al almacenamiento de energía, determinando parámetros de configuración e incluso conocer direcciones de desarrollo. Por otro lado, el marco metodológico permite conocer el impacto de herramientas de incentivo, como lo son los subsidios a la inversión, permitiendo focalizar y establecer una dirección para el desarrollo de políticas asociadas a este tema. Finalmente, si bien esta tesis permite apoyar procesos de toma de decisión para desarrollar una generación y uso de energía más sustentable, también es claro ver que es necesario profundizar en esta metodología, incluyendo más agentes o nuevas aproximaciones al problema, como lo son una combinación de fuentes de energía o modelos de simulación-optimización. //ABSTRACT: The greatest challenge for the humankind today is the develop of a lifestyle sustainable, from a social, economical and environmental point of view. One of the main tasks to accomplish this goal is the sustainable generation and use of energy. From an energy point of view, this implicates a need for changing our fossil fuelbased energy systems, as it affects every field of society, especially if we notice today that current oil reserves have a maximum expected lasting horizon between years 2050 and 2100. In this context, non conventional renewable sources are a highly attractive and competitive solution, however their use results in technical, economical and managerial issues. Some of these challenges can be faced, for example, through energy storage systems, but their incorporation to electric systems does not only involve technological challenges but also calls for decisionmaking tools that ensure appropriate design and sizing of the corresponding power systems. Although there are previous works that have devoted efforts from operations research, in order to provide improvements towards a solution, none of them has included all the actors in an integrated manner, taking into account the interaction between them. Following this idea, in this thesis, a methodological framework is studied and presented, with the aim of enhancing the sustainability of a particular territory from an energy system point of view. Taking this in mind, analytics and data forecasting tools are used for building a carefully-curated database about the Chilean power grid. Thereafter, a mixed integer programming model is presented for aiding the evaluation of the strategic design of complex renewable power systems. Included decisions are related to the location, sizing and connexion of components, as the generation, storage and transmission of energy as well. Finally, an heuristic formulation is developed with the aim of enhancing the solution applicability and economic evaluation accuracy. The approach includes not just the complexity from strategical decisions (addressed also in the previous work), but also from operational decisions as well. From results it is possible to conclude that the presented methodological framework is not just useful for supporting decision processes from an investment point of view, but also is useful for policymakers with the aim of enhancing sustainability and the competitiveness of a certain region. Such an approach made possible by exploring new zones and determining the potential for energy projects. Furthermore, the presented framework supports testing novel technologies, such as those related to energy storage systems, in a real-world scenario. Additionally, the framework allows knowing and studying the impact of incentive tools, such as investment subsidies or investment bonuses, targeting and establishing a direction for new policies or tools related to this issue. Finally, although this thesis is an effort in the right direction in order to discover new opportunities for developing a more sustainable energy use and generation process, it is also clear that it exists a need, an urgency, to go further with this doctoral tesis.Item Modelamiento y predicción de riesgo financiero: un enfoque dinámico de valores extremosAutores: Fuentes Lagos, Fernanda StephanieAutor Institucional: Universidad de TalcaProfesor Guía: Herrera Leiva, RodrigoUna amplia literatura proporciona herramientas econométricas para medir el riesgo financiero durante periodos de turbulencias. Sin embargo, hechos estilizados presentes en series de tiempo financieras, tales como clúster de eventos extremos, persistencia y colas pesadas, pueden no ser capturados a través de metodologías clásicas con parámetros estáticos, lo cual podría producir sesgos en las estimaciones y en consecuencia conclusiones erróneas. Por lo tanto, resulta importante contar con una metodología más flexible para la estimación, análisis y predicción del riesgo financiero extremo. Esta tesis presenta un marco teórico que introduce conceptos y estrategias utilizadas para modelar el comportamiento dinámico de series de tiempo durante periodos de crisis. Un profundo entendimiento de las características intrínsecas entre los mercados financieros es obtenido por medio de aplicaciones empíricas que involucran, entre otros, índices de: productos básicos, tipos de cambio, productos energéticos, bancos, mercados globales etc. Como principal resultado un modelo completamente dinámico, basado en teoría de valores extremos y procesos puntuales marcados, es introducido para cuantificar el riesgo unidimensional (riesgo de cola) y riesgo multidimensional (riesgo sistémico), extendiendo la literatura en modelos score driven aplicados a eventos extremos. El desarrollo de esta metodología ofrece una sofisticada y poderosa herramienta econométrica que permite caracterizar las pérdidas extremas de forma dinámica a través de la intensidad y tamaño de los eventos extremos pasados. Para ayudar a capturar de mejor forma el comportamiento dinámico de las series de tiempo, se evalúa incorporar variables exógenas al modelo, tales como medidas de volatilidad implícita o realizada, complementando la información otorgada por ambos procesos estocásticos. El desempeño de los distintos enfoques metodológicos considerados en esta tesis son comparados a través de medidas de riesgo, por medio de diferentes test estadísticos de ajuste en periodos de predicción. Los resultados de experimentos empíricos y teóricos muestran la superioridad la metodología propuesta en los mercados financieros analizados. Este enfoque abre una línea de investigación futura para continuar explorando modelos dinámicos que permitan gestionar adecuadamente el riesgo financiero a niveles extremos. Importantes implicaciones para inversores y precursores de políticas públicas pueden ser obtenidas con los resultados de esta investigación, información clave que puede ser utilizada como proxy para el desarrollo de estrategias económicas y financieras.
