Μοντελοποίηση και προσομοίωση συνδεδεμένων σε τροφοδοσία ηλεκτρικών αυτοκινήτων ως κατανεμημένες πηγές ρύθμισης συχνότητας των ηλεκτρικών δικτύων

Abstract

Η ραγδαία ανάπτυξη της τεχνολογίας των ηλεκτρικών οχημάτων και ειδικότερα η διείσδυση τους στα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας αποτελεί μια μεγάλη πρόκληση για το τομέα των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Η αξιοποίηση της χωρητικότητας των μπαταριών των διασυνδεδεμένων οχημάτων μπορεί να επιφέρει σημαντικά οφέλη προς τα δίκτυο μέσω της Vehicle to Grid (V2G) λειτουργίας. Η V2G λειτουργία είναι μια διαδικασία που μπορεί να παρέχει υπηρεσίες πρωτεύουσας ρύθμισης συχνότητας στο ηλεκτρικό δίκτυο εκμεταλλευόμενη την συνολική χωρητικότητα ενός στόλου ηλεκτρικών οχημάτων. Στην παρούσα εργασία διερευνάται ο τρόπος συμμετοχής των ηλεκτρικών οχημάτων στην πρωτεύουσα ρύθμιση συχνότητας, καθώς και τις επιπτώσεις που επιφέρουν σε αυτήν στα μη διασυνδεδεμένα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας. Παράλληλα λαμβάνονται υπόψη και οι απαιτήσεις των χρηστών σχετικά με τη φόρτιση των οχημάτων τους. Η V2G διαδικασία μπορεί να πραγματοποιηθεί είτε με αυξομειώσεις της ισχύος φόρτισης των οχημάτων, είτε με φόρτιση ή εκφόρτιση των συσσωρευτών τους. Έτσι ένας χρήστης ηλεκτρικού οχήματος μπορεί να συμμετάσχει στη V2G διαδικασία είτε κατά τη διάρκεια της φόρτισης του οχήματος του στο σταθμό φόρτισης, είτε με την σύνδεση του οχήματος στο σταθμό φόρτισης χωρίς να επιθυμεί περαιτέρω φόρτιση της μπαταρίας του. Με την αποσύνδεση των ηλεκτρικών οχημάτων από το σημείο σύνδεσης τους στο ηλεκτρικό δίκτυο θα πρέπει η κατάσταση φόρτισης της μπαταρίας τους να διατηρείται στα επιθυμητά επίπεδα από το χρήστη. Με τη σύνταξη κώδικα στο Matlab έγινε προσομοίωση της αντίδρασης των ηλεκτρικών οχημάτων στις διακυμάνσεις συχνότητας του δικτύου. Επιπρόσθετα, χρησιμοποιώντας το Power World Simulator διενεργήθηκαν προσομοιώσεις για το σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας της Κύπρου, προκειμένου να αποδειχθεί η αποτελεσματικότητα της V2G λειτουργίας στην πρωτεύουσα ρύθμιση συχνότητας.

The rapid development of technology of electric vehicles and in particular their penetration in electricity networks is a major challenge for the area of electric power systems. The utilization of battery capacity of the interconnected vehicles can bring significant benefits to the network via the Vehicle to Grid (V2G) operation. The V2G operation is a process that can provide primary frequency regulation services in the electric network by exploiting the total capacity of a fleet of electric vehicles. This thesis studies the involvement of the electric vehicles in the primary frequency regulation and the effects that bring to it in non-interconnected power systems. Also is taken in consideration the requirements of users for charging their vehicles. The V2G operation can be performed either with fluctuations in charging power of vehicles, or by charging or discharging of the battery. So an electric vehicle user can participate in V2G operation either during the loading of the vehicle to the charging station, or by connecting the vehicle to the charging station without any further demands to charge its battery. By disconnecting electric vehicles from their point of connection to the mains should the charge status of the battery be maintained at the desired level by the user. By writing code in Matlab it is simulated the response of electric vehicles in the frequency fluctuations of the network. Additionally, by using the Power World Simulator, it is performed simulations for the power system of Cyprus in order to demonstrate the effectiveness of V2G operation in the primary frequency regulation.