Оптимізація режимів роботи зарядних станцій електромобілів постійним струмом

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorДенисюк, Сергій Петрович
dc.contributor.authorЛавренова, Єлизавета Русланівна
dc.date.accessioned2024-05-10T08:09:40Z
dc.date.available2024-05-10T08:09:40Z
dc.date.issued2024
dc.description.abstractАктуальнicть теми. Поширення електромобілів є основним напрямком розвитку автомобільної галузі в усьому світі. Вони мають нульові викиди та низький рівень шуму, тому є ідеальним рішенням для боротьби з проблемами екології та нестачі викопного палива. Однією із перепон розповсюдження електромобілів є нестача зарядної інфраструктури та час необхідний для їх заряджання. Екологічною складовою електромобілів також є первинний ресурс електроенергії. Для підтримки ідеї нульової толерантності до викидів парникових газів найкращим рішенням є розбудова зарядних станцій на основі мікромереж із відновлюваними джерелами енергії. Фотоелектричні системи можуть бути встановлені на навісах для паркування автомобілів - карпортах або на дахах будівель, підключені до зарядної станції, яка в свою чергу може працювати в острівному режимі або в режимі підключення до мережі. Через переривчастість відновлюваних джерел енергії необхідно підключення станції до громадської електромережі для забезпечення стабільної роботи станції, навіть у періоди низької сонячної генерації. Якщо електромобілі будуть заряджатися зеленою енергією ринок електромобілів буде заохочуватися, оскільки використання електромобілів сприятиме мінімізації впливу транспорту на навколишнє середовище. Випадковий або неузгоджений підхід до заряджання електромобілів негативно впливає на розподільчу мережу, включаючи приріст реальних втрат електроенергії, зміну напруги в мережі, надмірне навантаження на мережу. Тому робота станції контролюється відповідним органом - агрегатором. Агрегатор — це взаємодіючий орган між клієнтами - власниками електромобілів та оператором розподільчої мережі, який оптимально задовольняє вимоги клієнтів щодо зарядки без шкоди для мережевих обмежень. Контроль за роботою станції може виконуватись, централізовано або розподілено. Обидва підходи переслідують одну, або кілька цілей, серед яких мінімізація витрат; мінімізація втрат потужності; стабільність напруги; зниження пікового навантаження; скорочення довгих черг на зарядних станціях; а також зменшення перевантаження лінії, мережі та трансформатора. Агрегатор зарядної станції також може отримувати вигоду, беручи участь в енергетичному ринку і продаючи надлишкову енергію в мережу за допомогою концепції PV to Grid (PV2G). Використовуючи наявні дані щодо попиту на навантаження, фотоелектричної потужності та потужності накопичувача, доступної на зарядній станції, можна розрахувати оптимальний алгоритм роботи зарядної станції, максимізуючи прибуток. Метою даної роботи є формування графіку розподілу потужностей зарядної станції на основі мікромережі з фотоелектричним модулем при мінімізації вартості первинної енергії для агрегатора зарядної станції. Об’єкт дослідження: процес диспетчеризації генерації, акумулювання та купівлі/продажу електричної енергії на зарядній станції електромобілів постійним струмом. Предмет дослідження: оптимізація процесів диспетчеризації генерації, акумулювання та купівлі/продажу електричної енергії для зарядної станції електромобілів постійним струмом на основі мікромережі з фотоелектричним модулем, системою накопичення та підключенням до громадської мережі. Методи дослідження: Дане дослідження було проведено з використанням сучаного методу обчислювальної математики - цілочисельного змішаного лінійного програмування з розв’зувачем interior-point solver. Для обчислення цільової функції і моделювання роботи зарядної станції використано програмне середовище Jupyter Notebook, бібліотеку для задач оптимізації GEKKO на мові програмування Python. Наукова новизна результатів дослідження. Проведено комплексні дослідження зарядних станцій електромобілів, їх компоненти, типи процесу зарядки, рівні заряджання. Проаналізовано світовий досвід розбудови зарядних станцій на основі Microgrid та інтеграція в них ВДЕ. Зроблено висновки щодо перспективних напрямів розвитку зарядної інфраструктури в Україні та можливості ефективного використання енергоресурсів. Підтверджено ефективність використання методу цілочисельного змішаного лінійного програмування з розв’зувачем interior-point solver для оптимізації роботи зарядної станції постійного струму. Для чотирьох експериментальних варіантів роботи станції було знайдено оптимальні рішення, які мінімізують вартість первинної енергії для агрегатора зарядної станції. Практичне значення роботи. Отримані результати моделювання можна використовувати для подальшого раціонального вибору методу оптимізації роботи зарядних станцій електромобілів постійним струмом з метою мінімізації вартості первинної енергії для агрегатора.
dc.description.abstractotherRelevance of the topic. The expansion of electric vehicles is the main direction of development of the automotive industry worldwide. They have zero emissions and low noise levels, making them an ideal solution to address environmental issues and the shortage of fossil fuels. One of the obstacles to the spread of electric vehicles is the lack of charging infrastructure and the time it takes to charge them. The primary resource of electricity is also an environmental component of electric vehicles. To support the idea of zero tolerance for greenhouse gas emissions, the best solution is to build charging stations based on microgrids with renewable energy sources. Photovoltaic systems can be installed on carports or on the rooftops of buildings, connected to a charging station, which in turn can operate in island mode or in grid-connected mode. Due to the intermittency of renewable energy sources, it is necessary to connect the station to the public power grid to ensure stable operation of the station, even during periods of low solar generation. Provided that electric vehicles are charged with green energy, the market for electric vehicles will be encouraged, as the use of electric vehicles will help minimize the environmental impact of transportation. A random or uncoordinated approach to charging electric vehicles has a negative impact on the distribution network, including an increase in real electricity losses, changes in the grid voltage, and excessive load on the grid. Therefore, the operation of the station is controlled by the relevant authority - the aggregator. An aggregator is an interacting body between customers - owners of electric vehicles and the distribution network operator, which optimally meets the customers' charging requirements without compromising network restrictions. Control over the station's operation can be centralized or distributed. Both approaches pursue one or more objectives, including minimizing costs; minimizing power losses; voltage stability; reducing peak load; reducing long queues at charging stations; and reducing line, grid and transformer overload. The charging station aggregator can also benefit by participating in the energy market and selling excess energy to the grid through the PV to Grid (PV2G) concept. Using the available data on load demand, photovoltaic power, and storage capacity available at the charging station, the optimal charging station algorithm can be calculated to maximize profits. The purpose of this work is to generate a schedule for distributing the power of a charging station based on a microgrid with a photovoltaic module in such a way as to minimize the cost of primary energy for the charging station aggregator. Object of research: the process of dispatching the generation, accumulation and purchase/sale of electricity at a DC charging station for electric vehicles. Subject of research: optimization of the processes of dispatching the generation, accumulation and purchase/sale of electricity for a DC charging station for electric vehicles based on a microgrid with a photovoltaic module, a storage system and a connection to the public grid. Research methods: This study was conducted using a modern method of computational mathematics - mixed integer linear programming with an interior-point solver. The Jupyter Notebook software environment and the GEKKO library for optimization problems in the Python programming language were used to calculate the objective function and model the charging station operation. Scientific novelty of the research results. Comprehensive studies of electric vehicle charging stations, their components, types of charging processes, and charging levels have been conducted. The world experience in the development of charging stations based on Microgrid and the integration of RES into them was analyzed. Conclusions are drawn on the promising directions of charging infrastructure development in Ukraine and the possibility of efficient use of energy resources. The effectiveness of using the method of integer mixed linear programming with an interior-point solver to optimize the operation of a DC charging station is confirmed. For four experimental variants of the station's operation, optimal solutions were found that minimize the cost of primary energy for the charging station aggregator. Practical significance of the work. The obtained modeling results can be used for further rational selection of a method for optimizing the operation of electric vehicle charging stations with direct current in order to minimize the cost of primary energy for the aggregator.
dc.format.extent113 с.
dc.identifier.citationЛавренова, Є. Р. Оптимізація режимів роботи зарядних станцій електромобілів постійним струмом : магістерська дис. : 141 Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка / Лавренова Єлизавета Русланівна. – Київ, 2024. – 113 с.
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/66753
dc.language.isouk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.subjectстанція зарядки постійним струмом
dc.subjectелектромобіль
dc.subjectмікромережа
dc.subjectсонячна генерація
dc.subjectоптимізація
dc.subjectDC charging station
dc.subjectelectric vehicle
dc.subjectmicrogrid
dc.subjectsolar generation
dc.subjectoptimization
dc.subject.udc621.311
dc.titleОптимізація режимів роботи зарядних станцій електромобілів постійним струмом
dc.typeMaster Thesis

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Lavrenova_magistr.pdf
Розмір:
4.62 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

Магістерські роботи (ЕП)
Магістерські роботи