Βέλτιστη τοποθέτηση σταθμών φόρτισης ηλεκτροκίνητων οχημάτων σε δίκτυα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας

Τσεπεντζής, Ιωάννης

Optimal placement of electric vehicle charging stations in power distribution networks

Διπλωματική εργασία

Author

Τσεπεντζής, Ιωάννης

Date

2023-10-02

Advisor

Manousakis, Nikolaos

Διπλωματική εργασία (8.982Mb)

Keywords

Ηλεκτρικά οχήματα ; Αποκεντρωμένοι αλγόριθμοι ; Βέλτιστη ροή φορτίου ; Σταθμοί φόρτισης ; Χωρητικότητα σταθμών ; Βελτιστοποίηση ; Συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας

Abstract

Ο εξηλεκτρισμός του τομέα των μεταφορών απαιτεί τη διασύνδεση των ηλεκτρικών οχημάτων με το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας μέσω κατάλληλων υποδομών φόρτισης. Οι ενεργειακές ανάγκες των ηλεκτρικών οχημάτων θα πρέπει να εξυπηρετούνται όπως και η οικιακή κατανάλωση, χωρίς καμία διάκριση. Η διαφορετικότητα του φορτίου των ηλεκτρικών οχημάτων συγκριτικά με το οικιακό φορτίο έγκειται στο γεγονός ότι το φορτίο των ηλεκτρικών οχημάτων δεν είναι στατικό και μπορεί να μετατοπιστεί τόσο χωρικά όσο και χρονικά. Από την πλευρά των δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας, η ζήτηση των ηλεκτρικών οχημάτων για τη φόρτιση τους αποτελεί ένα επιπρόσθετο φορτίο που αναμένεται να μεταβάλλει την καμπύλη φορτίου του συστήματος και να επηρεάσει τη λειτουργία και διαχείριση των δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας, ανάλογα με το επίπεδο ενσωμάτωσης των ηλεκτρικών οχημάτων και τον τρόπο φόρτισης τους. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της επίδρασης της ενσωμάτωσης των ηλεκτρικών οχημάτων στη λειτουργία των δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας καθώς και η ανάπτυξη αλγορίθμων διαχείρισης τους για την αποδοτικότερη ένταξη τους σε αυτά. O καθορισμός του αντικειμενικού στόχου διαχείρισης των ηλεκτρικών οχημάτων είναι άμεσα συνδεδεμένος με τα τεχνικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά του εκάστοτε δικτύου που μελετάται. Ως εκ τούτου, είναι αναγκαία η μελέτη της επίδρασης των ηλεκτρικών οχημάτων σε όλα τα επίπεδα ενός δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας δηλαδή στο σύστημα παραγωγής, στο δίκτυο μεταφοράς, και στο δίκτυο διανομής, με σκοπό να προσδιοριστούν τα πιθανά προβλήματα (βάρη) που θα επιφέρει η ενσωμάτωση τους σε αυτά τα δίκτυα λαμβάνοντας υπόψη διαφορετικά σενάρια διείσδυσης και πολιτικές ενσωμάτωσης , ώστε να επιλεγεί η βέλτιστη θέση του σταθμού φόρτισης. Δύο είναι οι βασικοί άξονες των προτεινόμενων αλγορίθμων διαχείρισης: η μεγιστοποίηση του αριθμού διασυνδεδεμένων ηλεκτρικών οχημάτων στις υφιστάμενες δικτυακές υποδομές χωρίς να παραβιάζονται οι λειτουργικοί περιορισμοί των δικτύων και η πλήρης ενσωμάτωση τους στις αγορές ηλεκτρικής ενέργειας

Abstract

The electrification of the transport sector requires the interconnection of the Electric Vehicles (EV) with the electricity grids utilizing appropriate charging infrastructures. The EV energy needs should be served as domestic consumption in a non-discriminatory way. The difference between EV and domestic demands lies in the fact that the charging demand is not static due to EV mobility, and it presents intense spatial and temporal volatility. From the grid perspective, the EV charging demand is an additional load which can significantly modify the system load curve and affect the way electricity networks are operated and managed, in respect to the EV deployment level and the charging policy. The present PhD thesis aims to analyze the impact of EV deployment on the operation of electricity grids and to propose EV management algorithms that enables their efficient integration in the electricity grids in respect to the outcome of the grid impact analysis. The objective of an EV management is network dependent, and it is directly linked to the technical and operational characteristics of the respective network under study. Thus, a holistic grid impact analysis (generation system, transmission/distribution networks, non-interconnected systems) is necessary in order to identify the potential operational market/network issues that EV share will provoke examining different EV penetration scenarios and EV deployment strategies. The two main goals of the proposed EV management algorithms in the present PhD thesis are: the maximization of the EV hosting capacity of distribution networks considering the current grid infrastructure as well as distributed renewable energy and the integrated market participation of the aggregated EV batteries’ capacity, taking into consideration the bidirectional power flow between the electric vehicles and the electricity grid.