Smart grid mediante tecnología DTR: aplicación al sistema eléctrico chileno

Abstract

La práctica usual en los operadores eléctricos es especificar el límite térmico de un conductor en base a supuestos de las condiciones climáticas del peor de los casos. Sin embargo, dado que las condiciones ambientales cambian constantemente, también lo hace la ampacidad del conductor. Esta es la razón por la cual la limitación térmica de una línea no debe establecerse de manera conservadora, fija o invariable. En el caso de Chile, el Coordinador Eléctrico Nacional (CEN) define curvas de capacidad de corriente para las líneas que conforman el sistema. No obstante, éstas sólo están en función de la temperatura ambiente en presencia de sol. Dicha metodología resulta insuficiente, en el sentido de que no considera el efecto del viento como principal mecanismo que ayuda al enfriamiento del conductor.

La principal contribución de este trabajo es el desarrollo de un nuevo enfoque para un modelo probabilístico de cálculo de corriente basado en un análisis DTR (dynamic thermal rating). Este enfoque toma en cuenta la variación espacial y temporal de las condiciones climáticas a lo largo de una línea. El modelo maximiza la capacidad de corriente de una línea al emplear un proceso iterativo basado en la identificación del tramo que limita la ampacidad del conductor. Además, el enfoque incluye restricciones de temperatura para evitar problemas mecánicos del conductor.

El modelo se aplica en el sistema chileno, particularmente corredor de transmisión Maitencillo – Nogales 220kV. Las nuevas limitaciones de corriente establecidas por el enfoque propuesto se comparan con las establecidas por el CEN y muestran aumentos significativos en la capacidad de carga de las líneas y, por lo tanto, un mejor uso de la generación de ERNC para reducir los costos de producción y las emisiones de CO2.

The usual practice in operators is to specify conductor thermal limits based on worst-case weather condition scenarios. However, given that environmental conditions change constantly, so does the ampacity of the conductor. This is why line thermal limitation should not be established in a conservative, fixed or invariable way. In the case of Chile, the Independent System Operator (ISO) establishes current-carrying capacity curves. Nevertheless, these are only a function of the ambient temperature in the presence of the sun. Such methodology is insufficient since it does not consider the effect of wind as the main conductor cooling mechanism.

The main contribution of this work is the development of a new approach for a probabilistic current calculation model based on dynamic thermal rating. This approach accounts for the spatial and temporal variation of weather conditions along a line. The approach maximizes the line’s current capacity by employing an iterative process based on the span identification that limits the conductor ampacity. Furthermore, the approach includes temperature restrictions to avoid conductor mechanical problems. The model is applied in the Chilean system, particularly to the Maitencillo–Nogales 220kV transmission path. The new current limitations established by the proposed approach are compared to those set by the Chilean ISO and show significant increases in the current-carrying capacity of the lines and hence a better use of NCRE generation to lower production costs and CO2 emissions.