Προγραμματισμός, κατανομή και διαχείριση φορτίου ηλεκτρικών οχημάτων βάσει οικονομικών και δικτυακών κριτηρίων.

Abstract

Η διαρκής ανάπτυξη και εξέλιξη της ηλεκτροκίνησης φέρνει τους εμπλεκόμενους φορείς στον χώρο των Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας αντιμέτωπους με νέες προκλήσεις, καθώς το προφίλ του ηλεκτρικού φορτίου αλλάζει, και τίθενται νέες παράμετροι. Τα πρώτα χρόνια το ποσοστό διείσδυσης αναμένεται να είναι σχετικά μικρό, και να μην επηρεάσει αισθητά την λειτουργία του δικτύου. Με τον αριθμό των ηλεκτρικών οχημάτων όμως σταδιακά να αυξάνεται, υπάρχει κίνδυνος να εμφανιστούν προβλήματα σε βασικά χαρακτηριστικά του δικτύου όπως τάσεις ζυγών και φόρτιση γραμμών. Επομένως κρίνεται απαραίτητη η ανάπτυξη συστημάτων ελέγχου κατάλληλων για την αντιμετώπισή τους. Σκοπός της διπλωματικής αυτής είναι η ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου μοντέλου ελέγχου της φόρτισης των ηλεκτρικών οχημάτων. Αναπτύσσονται και παρουσιάζονται αλγόριθμοι για τον προγραμματισμό, την κατανομή και την διαχείριση του φορτίου των οχημάτων με στόχο την ελαχιστοποίηση του κόστους. Στην συνέχεια οι αλγόριθμοι αυτοί επεκτείνονται έτσι ώστε να λαμβάνεται υπόψη η επίδραση της φόρτισης των ηλεκτρικών οχημάτων στην λειτουργία του δικτύου. Ακολουθούν προσομοιώσεις σε ένα ρεαλιστικό αστικό δίκτυο διανομής και μελετάται η συνεισφορά της χρήσης αυτών στα τεχνικά και ποιοτικά χαρακτηριστικά λειτουργίας του δικτύου, όπως τάσεις ζυγών, φόρτιση γραμμών και μετασχηματιστών, και απώλειες δικτύου. Για την ανάπτυξη των αλγορίθμων χρησιμοποιείται το προγραμματιστικό περιβάλλον του MATLAB, ενώ η προσομοίωση στο δίκτυο πραγματοποιείται με την βοήθεια του λογισμικού EUROSTAG. Στο κεφάλαιο 1 γίνεται μια σύντομη ανασκόπηση της υπάρχουσας τεχνολογίας των ηλεκτρικών οχημάτων και των υποδομών φόρτισης, καθώς και των προτύπων που έχουν καθιερωθεί για την σύνδεση αυτών με το Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας. Στο κεφάλαιο 2 περιγράφονται οι φάσεις διείσδυσης των οχημάτων και τα νέα επιχειρηματικά μοντέλα που προκύπτουν. Στο κεφάλαιο 3 επεξηγούνται αναλυτικά οι διαδικασίες ελέγχου που προτείνονται και οι αλγόριθμοι που αναπτύχθηκαν γι’ αυτό το σκοπό, ενώ στο κεφάλαιο 4 εμφανίζονται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης αυτών σε ένα υπαρκτό δίκτυο διανομής. Τέλος, στο κεφάλαιο 5 συνοψίζονται τα καταληκτικά συμπεράσματα, όπως προκύπτουν από την μελέτη της επίδρασης της φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων στην λειτουργία του δικτύου.

The continuous growth and evolve of vehicle electrification causes the electric power systems to confront new challenges, since the load profile changes, and new parameters are being set. Initially, the EV uptake is expected to be relatively small, and the network operation will not be considerably affected. However, with the number of EVs gradually rising, problems may occur in technical characteristics of the network, like bus voltages and line congestion. Therefore, it is necessary to develop new EV management systems so as to prevent such phenomena. This diploma thesis intends to propose a complete model for the control of EV charging. Algorithms for schedule, distribution and management of EV load are presented, focusing on minimizing the energy cost. Then, these algorithms are being modified so as the effect on network’s parameters is taken into account. With the simulations that follow on a real urban distribution network, we have the chance to study the contribution of their use in the technical and quality specifications of the network, like bus voltages, line and transformer loading, and losses. The algorithms are developed in MATLAB programming language, whilst the network simulation is carried out with the software EUROSTAG. In chapter 1, one can find a brief overview of existing EV and charging infrastructure technologies as well as the basic established standards for their connection with electric power systems. In chapter 2, the penetration phases and the new business models that arise, are described. In chapter 3, there is a detailed analysis of the proposed control procedures and the algorithms developed for this purpose, while in chapter 4 the simulation results are shown. Finally, in chapter 5, the comparative conclusions from the study of EV charging and its effect on the network are summarized.