مقاله برنامه ریزی شارژ و دشارژ خودروهای برقی قابل اتصال به شبکه (PHEV) در یک شبکه هوشمند با رویکرد کاهش تلفات

word قابل ویرایش
24 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
12700 تومان
127,000 ریال – خرید و دانلود

برنامه ریزی شارژ و دشارژ خودروهای برقی قابل اتصال به شبکه (PHEV) در یک شبکه هوشمند با رویکرد کاهش تلفات
چکیده – با توجه به برتری خودروهای برقی قابل اتصال به شبکه (PHEV) برمبنای نوع انرژی مصرفی در کمک به حل مشکلات آب و هوایی، آلودگی هوا و آلودگیهای صوتی نسبت به خودروهای درونسوز، در این مقاله ضمن مرور اجمالی مزایای این قبیل خودروها از یکسو، اثرات منفی ناشی از افزایش تعداد این خودروها به دلیل اتصال آنها به شبکه های توزیع برق از سوی دیگر، جهت حل مشکلات یاد شده ، و با توجه به تعریف سناریوهای مختلف اتصال PHEV ها به شبکه به برنامه ریزی شارژ و دشارژ خودروها با کمک الگوریتم هوشمند بهینه سازی اجتماع ذرات باینری (BPSO) با هدف کمینه سازی میزان تلفات توان اکتیو شبکه پرداخته میشود.
کلید واژه – خودرو برقی هیبریدی قابل اتصال به شبکه (PHEV)، شارژ و دشارژ هوشمند، تلفات ، بهینه سازی اجتماع ذرات باینری(BPSO)

١- مقدمه
پیدایش خودروهای برقی هیبریدی قابل اتصال به Plug-in Hybrid Electric Vehicle)PHEV) با توجه به شبکه عدم موفقیت خودروهای تمام برقی در طی دهه ی ٩٠ و اوایل دهه ی ٢٠٠٠ و نتیجه تلاش در جهت توسعه خودروهای تمام برقی و خودروهای هیبریدی معمول که از باتری برای کمک به اقتصادی نمودن مصرف سوخت خودرو درونسوز استفاده مینمودند،میباشد.در اوایل دهه ١٩٩٠ مشخص شد که اتومبیل های برقی هرگز قادر به رقابت با اتومبیل های بنزینی نمیباشند. علت این امر آن است که در باتری انرژی در الکترودهای فلزی ذخیره میشود که وزن بیشتری نسبت به بنزینی که همان مقدار انرژی را تولید میکند، دارد. صنعت خودروسازی، خودروهای الکتریکی را برای انجام تحقیقات جهت ساخت خودروهای هیبریدی رها کرد. به موازات توسعه ی خودروهای هیبریدی معمول ، توسعه نمونه قابل اتصال به شبکه آنها افزایش یافت . خودرو برقی هیبریدی قابل اتصال (PHEV) به شبکه ترکیبی از یک خودرو برقی هیبریدی و یک خودرو برقی است که میتواند به وسیله یک دوشاخه به شبکه برق متصل و مجددا شارژ شود. در واقع PHEV دارای مزایای خودرو برقی هیبریدیHybrid Electric Vehicle(HEV) و خودرو تمام برقی به طور همزمان است . بر طبق تعریف انجمن سیاست گذاری انرژی ایالات متحده IEEE خودرو PHEV را به عنوان یک خودرو هیبریدی تعریف میکند که حداقل دارای اجزاء زیر باشد:
١- یک باتری ذخیره ساز ۴ کیلووات ساعت یا بیشتر که قادر به حرکت درآوردن خودرو باشد؛
٢- توانایی قابلیت شارژ باتری از یک منبع الکتریسیته خارجی؛
٣- توانایی حرکت خودرو تا ١۶ کیلومتر (١٠مایل ) در حالت الکتریکی کامل بدون مصرف بنزین [١].
بر مبنای آنچه بیان گردید، مزایای استفاده از خودروهای PHEV، عبارت است از:
الف – راندمان بالا: بازده خودروهای برقی درمقایسه با خودروهای احتراق داخلی چند برابراست . چنانچه در شکل (١) مشهود است ، راندامان خودروهای احتراق داخلی حدود ٣٠٪ میباشد. ولی، خودروهای برقی راندمان الکتریکی حدود ٨۵٪ دارند. ازطرفی خودروهای هیبریدی دارای مدارهای الکترونیک قدرت میباشند که قادر به بازیابی انرژی چرخ ها هنگام ترمز به باتری است . درحالیکه ، درموتورهای احتراق داخلی چنین امکانی فراهم نیست و این انرژی به طورکامل تلف می شود. همچنین در بسیاری موارد، مثلا در پشت چراغ قرمز موتورهای احتراق داخلی مجبورند درجا کار کنند و در نتیجه انرژی زیاد تلف میشود.
درحالیکه انرژی تلف شده در هنگام توقف خودرو برای خودروهای برقی صفر است . چون ، در موقع توقف خودرو، مدار کاملا قطع شده و انرژی مصرف نمیشود. بنابراین در مسافرتهای درون شهری که اتومبیلها پیوسته درحال ترمزکردن میباشند و یا وقت زیادی را پشت چراغ قرمز میگذرانند، بازدهی اتومبیلهای
هیبریدی برقی بسیار بیشتر است .

شکل ١: مقایسه بازده خودروهای درون سوز و الکتریکی [٢].
ب – کاهش هزینه سوخت و گازهای گلخانه ای : ازآنجاییکه انرژی مصرفی این خودروها برق میباشد که یک انرژی پاک محسوب میشود، بکارگیری این خودروها در حمل ونقل موجب کاهش تولید گازهای گلخانه ای میشوند. همچنین با توجه به افزایش قیمت نفت و سوختهای فسیلی قیمت تمام شده برای تهیه انرژی مورد نیاز آنها کمتر است . قیمت خودرو و هزینه سوخت آن دو عامل تأثیرگذار در سرمایه گذاری جهت خرید خودرو میباشند. میزان مصرف سوخت خودرو علاوه بر افزایش هزینه های مالکان خودرو بر روی مسائل زیست محیطی نیز تأثیرگذار است . مقایسه قیمت خودرو و میزان هزینه سوخت خودرو بر مبنای انواع خودروها در شکل (٢) مشهود است . بر مبنای این شکل هزینه سوخت خودروهای بنزینی استاندارد از حدود ٣۵ مایل بر بشکه به بیش از ۵٣ مایل بر بشکه با فرض بکارگیری تکنولوژیهای نیمه هیبرید و میکرو هیبرید در آنها تا سال ٢٠٢۵ میرسد. متوسط قیمت نیز از ٢۵٠٠٠ دلار در سال ٢٠١٢ به ٢٧٠٠٠ دلار میرسد. حال آنکه برای خودروهای PHEV با توجه به این امر که خودرو PHEV10 در حدود ٢١% و خودرو PHEV40 در حدود ۵٨% مسافت روزانه را در حالت تمام الکتریکی طی مینمایند در مصرف سوخت آنها صرفه جویی میشود و بازده مصرف سوخت در آنها به دلیل استفاده از برق ١٢ سنت در کیلووات بر مبنای قیمت برق سال ٢٠١٢ بالا است .
همچنین با توجه به پیشرفتهای حاصل شده در ساخت باتری، قیمت این خودروها در حال کاهش است . در مقایسه با خودروهای بنزینی معمول مصرف سوخت سالانه آنها در حدود ١٠٠ و ١۵۵ بشکه برای PHEV١٠ و PHEV۴٠ کمتر است .

شکل ٢: مقایسه قیمت خودرو و میزان هزینه سوخت خودرو(خطوط توپر بیانگر هزینه سوخت و خطوط خط چین بیانگر قیمت خودرو است .)[٣]
٢- اثرات شارژ خودروهای برقی بر روی شبکه
در یک سیستم قدرت خودروهای الکتریکی می توانند به عنوان فرصت یا تهدید باشند. به عبارتی در صورت شارژ ناهماهنگ این خودروها که به ویژه در زمان برگشت صاحبان خودرو به خانه که همزمان با پیک بار شبکه است ، می تواند شبکه
را با اضافه بار روبرو سازد[ ۴].

شکل ٣: شارژ خودروهای برقی در ساعات غیر پیک که منجر به متعادلسازی بار شبکه میگردد[۵].
از آنجا که زمان دسترسی به این خودروها برای شارژ بیش از مدت زمان مورد نیاز جهت شارژ آنها میباشد، جهت اجتناب از اعمال این اضافه بار به شبکه قدرت میتوان زمان شارژ آنها را به ساعات غیر پیک انتقال داد. در مرجع شماره [۶] اثرات خودروهای برقی بر شبکه برق با استفاده از برنامه کامپیوتری RECAPS مورد بررسی قرار گرفته و راه حل زمانبندی شارژ خودروهای برقی با هدف پرکردن دره های منحنی بار روزانه را ارائه قیمت های مختلف برای برق در ساعات مختلف روز جهت تشویق صاحبان خودرو به شارژ خودروها در ساعات کم باری پیشنهاد داده شده است .
٢-١- استراتژیهای شارژ بهینه خودروهای برقی
به طور کلی استراتژیهای شارژ بکارگرفته شده برای PHEV ها به دو دسته تقسیم میشوند:
الف – استراتژیهای شارژ هماهنگ :در این روش اپراتور مرکزی تعیین میکند که هر PHEV در چه زمان و به چه میزانی بایست شارژ شود. تصمیم گیری فقط بر اساس ملاحظات مرتبط با سیستم قدرت و یا گاهی بر اساس ملاحظات مرتبط با خودرو مانند SOC نهایی، فواصل زمانی شارژ و یا بودجه انجام میگیرد. این استراتژی در جهت دستیابی به الگوی بهینه شارژ مجموعه ای از خودروها و به صورت هماهنگ است . به عنوان مثال در مرجع [٧] شارژ هماهنگ PHEV ها با هدف کمینه کردن هزینه ها و تولید گازهای گلخانه ای بر مبنای قیمت زمان واقعی انرژی مورد مطالعه قرار گرفته است . در مرجع شماره [٨] با استفاده از تکنیک شبیه سازی حمل و نقل MAT-SIM و میزان تقاضای برق و با فرض پیاده سازی سیستم دو تعرفه قیمت برق شارژ PHEV ها به صورت هماهنگ مورد بررسی قرار گرفته است .
ب – استراتژیهای شارژ ناهماهنگ یا توزیع شده :در این روش هر خودرو دارای الگوی شارژ مخصوص به خود میباشد. تعیین زمان شارژ خودرو به عواملی نظیر زمان و یا قیمت انرژی بستگی دارد.
نتیجه شارژ ناهماهنگ بر اساس اطلاعات و روشهای مورد استفاده ممکن است بهینه باشد یا نباشد. در مرجع شماره [٩] با پیش بینی قیمت برق و استفاده از روشهای برنامه ریزی پویا به برنامه ریزی شارژ خودروها به نفع مالکان آن پرداخته است .همچنین در مرجع شماره [١٠] به برنامه ریزی شارژ خودروهای برقی به طور مستقل بر مبنای قیمت های غیر خطی انرژی پرداخته است .
٣- برنامه ریزی هوشمند شارژ و دشارژ خودروها
در این بخش از مقاله به برنامه ریزی بهینه شارژ و دشارژ خودروها از دیدگاه شبکه با هدف کمینه سازی میزان تلفات توان اکتیو میپردازیم . بنابراین ابتدا به انتخاب شبکه توزیع و بیان محدودیتهای مربوط به آن جهت مبادله توان با PHEV ها پرداخته میشود. سپس محدودیتهای خودرو بیان و در نهایت تابع هدف مربوطه میگردد. همچنین جهت بهینه سازی این تابع هدف از الگوریتم بهینه سازی BPSO استفاده گردیده است .
٣-١- محدودیتهای شبکه
شبکه نمونه مورد استفاده ، یک شبکه توزیع شعاعی ١٧ باس است که دیاگرام تک خطی آن در شکل (٣) نشان داده شده است . این سیستم از طریق پست موجود در شین شماره ١ تغذیه می شود.
مشخصات این شبکه شامل توانهای اکتیو و راکتیو هر شین بار، مقادیر امپدانس فیدرها از مرجع شماره [١١-١٢] اخذ گردیده است . جهت حل روابط غیرخطی بین ولتاژها و زوایای شینها و پخش توان روی فیدرها تحلیل پخش بار جهت تعیین میزان پروفیل ولتاژ و تلفات توان مورد استفاده قرار میگیرد. بطورکلی روشهای متداول پخش بار توزیع به سه دسته روشهای مبتنی برتکنیک نیوتن رافسون ،روشهای مبتنی برتکنیک ZBUS گوس و روشهای دینامیکی (جاروی پسرو.پیشرو) تقسیم میشوند. در این پایان نامه از تکنیک نیوتن رافسون جهت انجام محاسبات پخش بار استفاده گردیده است [١٣-١٨] . از جمله قیود شبکه که بر مسئله برنامه ریزی خودروهای الکتریکی تأثیرگذار است ، قید مربوط به بهره برداری شبکه است . در این قیود ولتاژ شینی که خودروی الکتریکی به آن متصل میگردد میبایست در محدوده مجاز خود
قرار گیرد. به بیان ریاضی داریم :

که در رابطه (١)، Vminولتاژ کمینه شین میباشد که برای شین بار ٠.٩۵ پریونیت و برای شین ژنراتوری به دلیل حضور ادوات کنترل ولتاژ برابر با ٠.٩ پریونیت در نظر گرفته میشود.
همچنین Vmaxولتاژ بیشینه شین میباشد که برابر با ١.٠۵ پریوینت برای شین بار و ١.١ پریوینت برای شین های ژنراتوری میباشد. البته وابسته به وضعیت و توپولوژی سیستم این مقادیر میتواند بسته به تشخیص بهره بردار سیستم تغییر نماید.
قید دیگری که میبایست در بهره برداری سیستم مورد توجه قرار گیرد و اتصال خودروی الکتریکی به شبکه میتواند این قید را به خطا اندازد، قید عملیاتی حاکم بر یک شین میباشد. در واقع توان تزریقی به یک شین نباید از یک حد بیشتر باشد و این حد را حد عملیاتی شین بار گویند. به عبارت ریاضی میتوان نوشت :

که NL تعداد شین بارها میباش.
در جداول (١)و(٢) اطلاعات مربوط به خطوط شبکه ١٧ شین و بارهای متصل به شبکه آورده شده است .

شکل ۴: دیاگرام تکخطی شبکه توزیع شعاعی ١٧ باس .
جدول شماره (٢) اطلاعات بارهای متصل به شین های موجود در شبکه ١٧ شین ریزشبکه

٣-٢- محدودیتهای خودروهای برقی
در اکثر مطالعات ، ساعاتی از شبانه روز در نظر گرفته میشود که خودروی الکتریکی قابل بهره برداری نمیباشد و این ساعات در واقع ساعات سفر هستند. در این حالت ، خودروی الکتریکی نمیتواند تبادل انرژی الکتریکی با شبکه داشته باشد. لذا قید ساعات سفر میبایست در مسئله برنامه ریزی خودروی الکتریکی مورد توجه قرار گیرد. بنابراین حضور خودروها با ١ و عدم حضور آنها با ٠ نمایش داده میشود.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 12700 تومان در 24 صفحه
127,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد