مدیریت هوشمند شارژ و دشارژ باتری خودروهای برقی به منظور کنترل ولتاژ و کاهش تلفات شبکه بر اساس فناوری خودروی برقی به شبکه

روش‌های هوشمند در صنعت برق

مقاله 9، دوره 16، شماره 61، خرداد 1404، صفحه 157-176   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

امین نظرلو^*

دانشکده مهندسی برق- واحد بناب، دانشگاه آزاد اسلامی، بناب، ایران

چکیده

از جمله مسائل مهم و در عین حال نگران­کننده، آلودگی­های زیست­محیطی و هدررفت منابع انرژی فسیلی است. به­منظور کاهش گازهای گل­خانه­ای و آلودگی هوای ناشی از مصرف سوخت­های فسیلی، استفاده از خودروهای برقی امری ناگزیر به­نظر می­رسد. با افزایش روزافزون خودروهای برقی و درنتیجه تحمیل بار بیش­تر به شبکه قدرت، ارائه روشی جدید به­منظور کنترل ولتاژ و مدیریت شارژ و دشارژ خودروهای برقی و حداقل­سازی تلفات شبکه ضروری است. با این وجود، اجتماع خودروهای برقی در یک سیستم تجمیع­کننده و انرژی حاصل از باتری­های آنها، یک منبع عظیم ذخیره انرژی را فراهم می­نماید. هماهنگی و کنترل مناسب شارژ و دشارژ خودروهای برقی براساس تکنولوژی خودروبرقی به شبکه (V2G)، نه­تنها می­تواند اثرات نامطلوب ناشی از افزایش نفوذ خودروهای برقی را به حداقل برساند بلکه می­تواند سبب بهبود پروفیل ولتاژ شبکه نیز شود. در این مقاله، به­منظور کنترل کمیت­های متغیر تولید و مصرف، یک الگوریتم جدید با تابع هدف متغیر پیشنهاد شده است. در روش پیشنهادی کنترل ولتاژ نقطه اتصالی (PCC) و مدت زمان شارژ/دشارژ در یک بازه معین، که بستگی به شرایط عملکردی مختلف دارد، به عنوان تابع هدف قابل تغییر در نظر گرفته شده است. همچنین، محدودیت­هایی برای وضعیت شارژ (SOC) باتری­ خودروهای برقی در نظر گرفته شده است. کاهش تلفات شبکه در پیک بار و ایجاد هماهنگی مناسب بین شارژ و دشارژ که منجر به شارژ کامل خودروهای برقی در انتهای سیکل شارژ می­شود، از دیگر مزایای استفاده از روش پیشنهادی هستند. شبیه­سازی­ها برای یک سیستم توزیع 14 باسه IEEE مجهز به تکنولوژی خودروبرقی به شبکه براساس الگوریتم تابع هدف متغیر (VOF) پیشنهادی برای هر دو حالت شارژ و دشارژ با استفاده از نرم­افزار شبیه­سازی متلب انجام یافته و برای سناریوهای مختلفی ارائه شده است. در نهایت، نتایج حاصل از روش پیشنهادی با نتایج روش مرسوم مقایسه شده و برتری عملکرد آن به اثبات رسیده است.

کلیدواژه‌ها

پیک‌سایی؛ تولید انرژی توزیع‌شده؛ خودروبرقی به شبکه؛ خودروبرقی؛ دره‌زدایی؛ شبکه به خودروبرقی

سایر فایل های مرتبط با مقاله

1879-Extended Abstract1.pdf

مراجع

[1] E.L. Karfopoulos,  N.D. Hatziargyriou, "Distributed coordination of electric vehicles providing V2G services", IEEE Trans. on Power Systems, vol. 31, no. 1, pp. 329-338, Jan. 2016 (doi: 10.1109/TPWR­S.­20­15.­2­395723).

[2] A.Y.S. Lam, K. Leung, V.O.K. Li, "Capacity estimation for vehicle-to-grid frequency regulation services with smart charging mechanism", IEEE Trans. on Smart Grid, vol. 7, no. 1, pp. 156-166, Jan. 2016 (doi: 10.1109/T­SG.2­015.2436901).

[3] Y. Fan, W. Zhu, Z. Xue, L. Zhang, Z. Zou, "A multi-function conversion technique for vehicle-to-grid applications", Energies, vol. 8, no. 8, pp. 7638-7653, July 2015 (doi: 10.3390/en8087638).

[4] M. Abdollahi, M. Moazzami, "Day-ahead coordination of vehicle-to-grid operation and wind power in security constraints unit commitment (SCUC)", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 6, no. 22, pp. 49-56, Sept. 2015 (in Persian) (dor: 20.1001.1.23223871.1394.6.22.5.1).

[5] M. Saeedirad, E. Rokrok, and M. Joorabian, "Technical and economic management of energy distribution to reduce charging costs and reduction", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 14, no. 54, pp.59-74, Sept. 2023 (in Persian) (dor: 20.1001.1.23223871.1402.14.54.4.0).

[6] J. Donadee, M. D. Ilić, "Stochastic optimization of grid to vehicle frequency regulation capacity bids", IEEE Trans. on Smart Grid, vol. 5, no. 2, pp. 1061-1069 Mar. 2014 (doi: 10.1109/TSG.2013.2290971).

[7] M. Ansari,  A.T. Al-Awami, E. Sortomme, M.A. Abido, "Coordinated bidding of ancillary services for vehicle-to-grid using fuzzy optimization", IEEE Trans. on Smart Grid, vol. 6, no. 1, pp. 261-270, Jan. 2015 (doi: 10.1109/TSG.2014.2341625).

[8] J. Kim, J. Lee, S. Park, J. Choi, "Power scheduling scheme for a charging facility considering the satisfaction of electric vehicle users", IEEE Access, vol. 10, no. 1, pp. 25153 - 25164, Feb. 2022 (doi: 10.1109/ACC­ESS.2­022.3151355).

[9] H. Eskandari, M.R. Moradian, "Direct torque compound control of induction motors to increase the battery
operating life in electric vehicles", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 11, no.
42, pp.1-13, Sept. 2020 (in Persian) (dor: 20.1001.1.23223871.1399.11.42.1.2).

[10] A. Sangswang, M. Konghirun, "Optimal strategies in home energy management system integrating solar power, energy storage, and vehicle-to-grid for grid support and energy efficiency", IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 56, no. 5, p.p. 5716 – 5728, Oct. 2020 (doi: 10.1109/TIA.2020.2991652).

[11] A. Nazarloo, M.R. Feyzi, M. Sabahi, M.B.B. Sharifian, "Improving voltage profile and optimal scheduling of vehicle to grid energy based on a new method", Advances in Electrical and Computer Engineering vol. 18, no. 1, pp. 81-88, March 2018 (doi: 10.4316/AECE.2018.01010).

[12] A. Nazarloo, M.R. Feyzi, M. Sabahi, M.B.B. Sharifian, "Energy management of electric vehicles aggregator using a new multi-objective algorithm", Journal of Energy Management and Technology, vol. 2, no. 2, pp. 20-30, June 2018 (doi: 10.22109/jemt.2018.118868.1063).

[13] Y. Zhang, J. Sun, C. Wu, "vehicle-to-grid coordination via mean field game", IEEE Control Systems Letters, vol. 6, no. 1, pp. 2084-2089, Dec. 2021 (doi: 10.1109/LCSYS.2021.3139266).

[14] M. Ahmad, Y. Abouelseoud, N.H. Abbasy, S.H. Kamel, "Hierarchical distributed framework for optimal dynamic load management of electric vehicles with vehicle-to-grid technology", IEEE Access, vol. 9, no. 1, pp. 164643-164658, Dec. 2021 (doi: 10.1109/ACCESS.2021.3134868).

[15] Z. Yang, X. Huang, T. Gao, Y. Liu, S. Gao, "Real-Time energy management strategy for parking lot consid­ering maximum penetration of electric vehicles", IEEE Access, vol. 10, pp. 5281 – 5291, Jan. 2022 (doi: 10.1109/ACCESS.2022.3141377).

[16] A. Nazarloo, "Improving the voltage profile using intelligent control of electric vehicle charging and discharging based on V2G technology in a sample distribution system", Proceeding of the NCEEIS, pp. 1-6, Najafabad, Iran, May/June 2022 (in Persian).

[17] Z. Wang, S. Wang, "Grid power peak shaving and valley filling using vehicle-to-grid systems", IEEE Trans. on Power Delivery, vol. 28, no. 3, pp. 1822-1828, July 2013 (doi: 10.1109/TPWRD.2013.2264497).

[18] E. Sortomme, M. El-Sharkawi, "Optimal combined bidding of vehicle-to-grid ancillary services", IEEE Trans. on Smart Grid, vol. 3, no. 1, pp. 70–79, March 2012 (doi: 10.1109/TSG.2011.2170099).

[19] M. Singh, K. Thirugnanam, P. Kumar, I. Kar, "Real-Time coordination of electric vehicles to support the grid at the distribution substation level", IEEE System Journal, vol. 9, no. 3, pp. 1000-1010, Sept. 2015 (doi: 10.1109/JSYST.2013.2280821).

[20] A. Kavousi-Fard, T. Niknam, M. Fotuhi-Firuzabad, "Stochastic reconfiguration and optimal coordination of V2G plug-in electric vehicles considering correlated wind power generation", IEEE Trans. Sustainable Energy, vol.6, no.3, pp. 822-830, July 2015 (doi: 10.1109/TSTE.2015.2409814).

[21] A. Nazarloo, "Variable objective function algorithm in charging-discharging scheduling for vehicle-to-grid services", Proceeding of the NCEEIS, pp. 1-6, Najafabad, Iran, May/June 2022.

[22] C. Wu, H. Mohsenian-Rad, J. Huang, "Vehicle-to-aggregator inter-action game", IEEE Trans. on Smart Grid, vol. 3, no. 1, pp. 434–442, Mar. 2012 (doi: 10.1109/TSG.2011.2166414).

[23] E. Sortomme, M.A. El-Sharkawi, "Optimal scheduling of vehicle-to-grid energy and ancillary services", IEEE Trans. on Smart Grid, vol. 3, no. 1, pp. 351-359, March 2012 (doi: 10.1109/TSG.2011.2164099).

[24] N. Chen, M. Wang, M. Zhang, X. Shen, "Energy and information management of electric vehicular network: A survey”, IEEE Communications Surveys and Tutorials, vol. 22, no. 2, pp. 967-997, March 2020 (doi: 10.1109/COMST.2020.2982118).

[25] Y. Ota, H. Taniguchi, T. Nakajima, K. Liyanage, J. Baba, A. Yokoyama, "Autonomous distributed V2G (Vehicle-to-Grid) satisfying scheduled charging", IEEE Trans. on Smart Grid, vol. 3, no. 1, pp. 559–564, March 2012 (doi: 10.1109/TSG.2011.2167993).

[26] Y. Ma, T. Houghton, A. Cruden, D. Infield, "Modeling the benefits of vehicle-to-grid technology to a power system", IEEE Trans. on Power Systems, vol. 27, no. 2, pp. 1012–1020, May 2012 (doi: 10.1109/TPWRS.20­11.2­178043).

[27] M. Singh, P. Kumar, I. Kar, "Implementation of vehicle to grid infrastructure using fuzzy logic controller", IEEE Trans. on Smart Grid, vol. 3, no. 1, pp. 565–577, March 2012 (doi: 10.1109/TSG.2011.2172697).

[28] M. Singh, P. Kumar, I. Kar, "Designing a multi charging station for electric vehicles and its utilization for the grid support", Proceeding of the IEEE/PES, pp. 1-8, San Diego, CA, USA, July 2012 (doi: 10.1109/PES­GM­.2­0­12.6344868).

[29] K. Kaur, N. Kumar, M. Singh, "Coordinated power control of electric vehicles for grid frequency support: MILP-based hierarchical control design", IEEE Trans. on Smart Grid, vol. 10, no. 3, pp. 3364-3373, May 2019 (doi: 10.1109/TSG.2018.2825322).

[30] S. Karimi-Arpanahia, M. Jooshakib, S.A. Pourmousavia, M. Lehtonenc, "Leveraging the flexibility of electric vehicle parking lots in distribution networks with high renewable penetration", International Journal of Electrical Power and Energy Systems, vol. 142, pp. 1-15, June 2022 (doi: 10.1016/j.ijepes.2022.108366).