Оптимізація керування зарядними станціями електромобілів в реальному часі на основі нечіткої логіки в умовах обмеженого електропостачання

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorБосак, Алла Василівна
dc.contributor.authorБосак, Андрій Васильович
dc.date.accessioned2024-06-03T08:43:41Z
dc.date.available2024-06-03T08:43:41Z
dc.date.issued2024
dc.description.abstractБосак А.В. Система нечіткого керування зарядними станціями електромобілів в реальному часі. - Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 141 «Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка» (14 - Електрична інженерія). - Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”, Київ, 2024. Дослідження акцентує увагу на виклику ефективного управління енергетичною продуктивністю парку електромобілів автотранспортного підприємства або зарядної станції, що операціонує в умовах великого міста, з урахуванням вимог сталої електромобільності та обмежень енергетичної системи. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків та додатків. Робота викладена на 146 сторінках друкованого тексту, містить 76 рисунків, 15 таблиць та 4 додатки. Розроблений план заряджання електромобілів (ЕV) при обмеженій потужності зарядної станції базується на алгоритмі заряджання коефіцієнта ЕV. Цей алгоритм здійснює контроль над процесом зарядки шляхом надання вагового індексу заряджання (ВІЗ) кожному підключеному до станції транспортному засобу. Оптимізація електричного навантаження станції реалізована з метою зниження витрат на електроенергію та забезпечення задоволення попиту на зарядку ЕV без порушення обмежень мережі. Проведено комп'ютерне моделювання процесу зарядки електромобілів та навантаження зарядної станції. Отримані результати електричного навантаження мережі та станції, отримані за допомогою запропонованого алгоритму, порівнюються з результатами моделювання, отриманими з використанням алгоритму контрольованої зарядки та алгоритму неконтрольованої зарядки. Завершальні результати моделювання зарядки електромобілів за допомогою запропонованого алгоритму порівнюються з результатами моделювання, отриманими за допомогою алгоритму контрольованої зарядки. Виявлений підхід сприяє зменшенню електроенергетичних витрат під час пікових навантажень електричної мережі, а також можливості заряджати електромобілі відповідно до запиту рівня заряду акумулятора майже для всіх підключених електромобілів. В першому розділі досліджено ринок електромобілів в Україні, що в свою чергу спричиняє розширенню мережі електрозарядних станцій та збільшенню навантаження на енергосистему. Виникла актуальна потреба впровадження засобів управління процесом заряджання електромобілів при обмежених потужностях енергетичної інфраструктури та обмеженому електропостачанні електрозарядних станцій. Основні принципи підключення зарядних станцій до мережі та необхідність правильної черговості заряджання електромобілів підкреслюють важливість розробки методу управління електрозарядними станціями в реальному часі. Сприятливим напрямком для розробки такого методу вважається використання принципів та процедур нечіткої логіки. В другому розділі визначено вхідні дані для систем керування електрозарядними станціями включають криві змін потужності споживання на зарядку, напруги та струму, залежно від рівня зарядженості АКБ і часу повного заряду. Експериментальні характеристики зарядного процесу використовуються для формування вихідних даних, які становлять основу для функцій належності методу управління і створення профілю зарядки електромобіля в Matlab Simulink. Третій розділ показує, що положення та методи нечіткої логіки є найбільш відповідними математичними інструментами. Для визначення пріоритетності використовується ваговий індекс заряджання, який базується на функціях належності. Оптимізаційна частина методу ґрунтується на гравітаційному методі. Запропонований алгоритм працює в реальному часі та враховує обмеження як мережі, так і інтереси власників транспортних засобів при обмеженій потужності електроспоживання. Ефективність запропонованого алгоритму контролю зарядки у реальному часі в порівнянні з типовим алгоритмом з обмеженнями підтверджена у четвертому розділі. Функціональність нечіткого контролера на основі запропонованої методології випробувана на мікроконтролері на платі Arduino Mega 2560. Простота впровадження даного методу підкреслена схемою підключення контролера нечіткої логіки до існуючих систем управління електрозарядних станцій, що керують процесом зарядки відповідно до запропонованого методу. Результати вказують, що графіки моделювання системи на основі нечіткої логіки в середовищі Matlab на ПК і на платі Arduino практично ідентичні. У цьому ж четвертому розділі описано процедуру впровадження нечіткого контролера в процес заряджання. У порівнянні з іншими роботами, основний внесок цієї роботи полягає в детальному описі елементів програмування та реалізації кожного етапу нечіткого контролера у програмному або апаратному забезпеченні. Це дає можливість оцінити оптимальні параметри, невизначеності та нелінійності системи без математичної моделі. Нарешті, показано моделювання та реалізацію на мікроконтролері на платі Arduino Mega 2560 для перевірки дієвості запропонованої методології, а також теоретичних та експериментальних результатів.
dc.description.abstractotherFuzzy control system for electric vehicle charging stations in real time. - Qualifying scientific work as a manuscript. Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy in specialty 141 "Electric Power Engineering, Electrical Engineering and Electromechanics" (14 - Electrical Engineering). - National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute", Kyiv, 2024. The study focuses on the challenge of effective management of the energy productivity of the fleet of electric vehicles of a motor transport enterprise or a charging station operating in a large city, taking into account the requirements of sustainable electromobility and the constraints of the energy system. The thesis consists of an introduction, four chapters, conclusions, and appendices. The main text is set out on 146 pages of printed text, contains 76 figures, 15 tables and 4 appendices. The developed plan for charging electric vehicles (EVs) with a limited capacity of the charging station is based on the EM coefficient charging algorithm. This algorithm controls the charging process by assigning a Charging Weight Index (VIZ) to each vehicle connected to the station. Optimization of the station's electrical load is implemented in order to reduce electricity costs and ensure that the demand for EV charging is met without violating network restrictions. Computer simulation of the process of charging electric vehicles and loading the charging station was carried out. The obtained results of the electrical load of the network and the station, obtained with the help of the proposed algorithm, are compared with the simulation results obtained using the controlled charging algorithm and the uncontrolled charging algorithm. The final results of the simulation of charging electric vehicles using the proposed algorithm are compared with the results of the simulation obtained using the controlled charging algorithm. The discovered approach helps to reduce electricity costs during peak loads of the electrical network, as well as the ability to charge the EM in accordance with the request of the battery charge level for almost all connected electric vehicles. In the first section of the study, it is investigated that the market of electric vehicles in Ukraine is expanding rapidly, which in turn leads to the expansion of the network of electric charging stations and an increase in the load on the power system. There is an urgent need to introduce means of controlling the charging process of electric vehicles with limited capacities of the energy infrastructure and limited power supply of electric charging stations. The basic principles of connecting charging stations to the grid and the need for the correct charging sequence of electric vehicles emphasize the importance of developing a real-time control method for electric charging stations. A favorable direction for the development of such a method is the use of the principles and procedures of fuzzy logic. In the second section, the crystallized inputs for electric charging station control systems include curves of changes in charging power, voltage and current, depending on the level of charge of the battery and the time of full charge. The experimental characteristics of the charging process are used to generate the initial data, which form the basis for the functions of belonging to the control method and the creation of an electric vehicle charging profile in Matlab Simulink. The third section shows that the propositions and methods of fuzzy logic are the most appropriate mathematical tools. A charging weight index is used for prioritization, which is based on membership functions. The optimization part of the method is based on the gravitational method. The proposed algorithm works in real time and takes into account the constraints of both the network and the interests of vehicle owners with limited power consumption. The effectiveness of the proposed real-time charging control algorithm in comparison with a typical algorithm with limitations was confirmed in the fourth. The functionality of the fuzzy controller based on the proposed methodology was tested on the Arduino Mega 2560 microcontroller. The simplicity of implementation of this method is emphasized by the diagram of connecting the fuzzy logic controller to the existing control systems of electric charging stations that control the charging process in accordance with the proposed method. The results indicate that the fuzzy logic-based system simulation graphs in the Matlab environment on the PC and on the Arduino board are virtually identical. The same section describes the procedure for introducing a fuzzy controller into the charging process. Compared to other works, the main contribution of this work lies in the detailed description of the programming elements and the implementation of each fuzzy controller step in software or hardware. This makes it possible to estimate the optimal parameters, uncertainties and nonlinearities of the system without a mathematical model. Finally, simulation and implementation on the Arduino Mega 2560 microcontroller are shown to test the validity of the proposed methodology, as well as theoretical and experimental results.
dc.format.extent146 с.
dc.identifier.citationБосак, А. В. Система нечіткого керування зарядними станціями електромобілів в реальному часі : дис. ... д-ра філософії : 141 Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка / Босак Андрій Васильович. - Київ, 2024. - 146 с.
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/67027
dc.language.isouk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.subjectпарк електромобілів
dc.subjectоптимальне управління енергією
dc.subjectмоніторинг енергоефективності
dc.subjectстан заряду
dc.subjectпрофіль електричного навантаження
dc.subjectнечітка логіка
dc.subjectelectric vehicle fleet
dc.subjectoptimal energy control
dc.subjectenergy efficiency monitoring
dc.subjectstate of charge
dc.subjectelectrical load profile
dc.subjectfuzzy logic
dc.subject.udc621.316
dc.titleОптимізація керування зарядними станціями електромобілів в реальному часі на основі нечіткої логіки в умовах обмеженого електропостачання
dc.typeThesis Doctoral

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Bosak_dys.pdf
Розмір:
3.09 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Дисертації (АЕМК)
Дисертації (вільний доступ)