توضیحات

 

پروژه متلب و گمز تقاضای شارژ و ارزیابی نفوذ خودروی برقی (PEV) در شبکه توزیع و پخش بار بهینه(OPF) به منظور کاهش تلفات

 

از آنجایی که امروزه سوخت‌های فسیلی به عنوان سوخت غالب در صنعت حمل و نقل مورد استفاده قرار می‌گیرند، موضوعاتی همچون عدم ثبات قیمت سوخت، آلایندگی بالا، تمام شدن ذخایر آنها و بروز پدیده‌هایی همچون گرمایش جهانی کره زمین باعث ایجاد انگیزه‌ای در جهت یافتن منابعی جایگزین برای آن‌ها شده است. از طرفی در سال‌های اخیر تقاضا برای خودروهای الکتریکی قابل اتصال به شبکه(PEV) با سرعت در حال رشد بوده است. از مهم‌ترین دلایل آن می‌توان به هزینه‌ های بهره ‌برداری پایین‌تر و آلودگی‌های کمتر در مقایسه با خودروهای سنتی اشاره کرد. مطالعات اخیر نشان می‌دهد که نفوذ بالا خودروهای برقی به شبکه سراسری و شارژ غیرهماهنگ آنها می‌تواند اثرات قابل ملاحظه‌ای بر روی شبکه توزیع بگذارد. این اثرات می‌تواند شامل افزایش بار پیک شبکه، تلفات و کاهش ولتاژ و ضریب بار آن باشد. از دیدگاه بهره‌بردار شبکه توزیع، توان تلف شده در طی زمان شارژ بعنوان یک چالش اقتصادی مطرح بوده که بایستی حداقل گردد.

باتوجه به عوامل اقتصادی و زیست محیطی، انتظار می رود در آینده ای نزدیک استفاده از خودروهای الکتریکی به خصوص با قابلیت اتصال به شبکه، افزایش قابل توجهی پیدا کند. نفوذ بالای خودروهای الکتریکی، می تواند شبکه را تحت تاثیر قرار دهد. از این رو در سال های اخیر مطالعات زیادی به اثرات شارژ خودروهای الکتریکی بر روی شبکه پرداخته اند. در این پروژه مدلی احتمالاتی بر پایه تئوری صف برای استخراج تقاضای بار ایستگاه شارژ سریع ارایه شده است.

مصرف بالای سوخت توسط وسایل نقلیه موتوری نظیر اتومبیل ها و موتورسیکلت ها و … در سطح جهان با توجه به کاهش منابع سوخت فسیلی و آلایندگی زیاد محیط زیست توسط این مصرف کنندگان، موجب توجه روزافزون به استفاده از تجهیزات استفاده کننده از سایر منابع انرژی گشته است مطابق بررسی ها چنان چه روند مصرف انرژی به شکل موجود ادامه پیدا کند، میزان دی اکسید کربن موجود در محیط زیست تا سال ۲۰۵۰ به دو برابر میزان آن در سال ۲۰۰۵ خواهد رسید که از دیدگاه مسائل زیست محیطی قابل قبول نخواهد بود. مطابق برنامه های جهانی این مقدار باید در سال ۲۰۵۰ به نصف میزان آن در سال ۲۰۰۵ برسد.

بر طبق آمار به دست آمده در سال ۱۹۸۰، حدود ۳۰ درصد از کل آلودگی کربنی تولید شده در ایالات متحده در اثر استفاده از موتورهای احتراق داخلی بوده است که این میزان در سال ۲۰۰۰ به ۴۰ درصد افزایش پیدا کرده است.

از معایب خودروهای احتراقی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

1-اندازه موتورهای احتراقی به گونه ای است که بتوانند قدرت لازم جهت شتاب گیری مطلوب را برای خودرو فراهم کنند و لذا این موتورها معمولا حجیم و سنگین هستند

۲-راندمان حرارتی این موتورها بستگی زیادی به نقطه کاری آنها دارد و دائما در طول حرکت اتومبیل بسته به شرایط تغییر می کند. به علاوه چون این موتورها به گونه ای طراحی شده اند که پاسخگوی نیاز خودرو در هنگام شتاب گیری باشند، در مواقع عادی راندمان پایینی دارند.

٣-كل انرژی جنیشی خودرو در هنگام ترمزگیری به گرما تبدیل شده و هدر می رود.

در دنیای صنعتی امروز، استفاده از خودروهای الکتریکی که در آن ها موتور الکتریکی به تنهایی نیروی پیشران را تولید می کند (علی رغم آلودگی بسیار ناچیز)، مرسوم نشده است. علت این امر را می توان در چند عامل جستجو کرد. اولین عامل هزینه بسیار بالای تولید این خودروهاست که باعث افزایش قیمت تمام شده می گردد. هم چنین این خودروها به ازای هر بار شارژ شدن مسافت کمی را می پیمایند. از طرف دیگر مدت زمان لازم برای شارژ باتری در این خودروها بسیار زیاد است، که استفاده از این خودروها را به نسبت خودروهای احتراقی محدود نموده است.

مراحل پیشرفت خودروهای الکتریکی:

مراحل پیشرفت خودروهای الکتریکی به ۳ نسل، به شرح زیر دسته بندی می شود:

1-خودروهای الکتریکی

۲-خودروهای هیبرید الکتریکی

٣-خودروهای هیبرید الکتریکی قابل اتصال به شبکه.

خودروهای الکتریکی:

خودروی الکتریکی یک ماشین الکتریکی معمولی است که از یک مجموعه باتری متصل به یک موتور الکتریکی تشکیل شده است، که انرژی مورد نیاز چرخ ها را فراهم می اورد باتری ها میتوانند هم از طریق اتصال به شبکه برق و هم از انرژی ترمز خودرو و حتی از منابع الکتریکی غیر شبکه نظیر پیل های خورشیدی شارژ شوند. مزایای این خودرو طراحی ساده آن می باشد؛ در حالی که مدت رانندگی محدود بین۱۵ دقیقه تا ۸ ساعت (بسته به نوع باتری از معایب این نوع خودرو است.

خودروهای هیبرید الکتریکی:

خودروهای هیبرید الکتریکی، نوع تعمیم یافته خودروهای برقی خالص می باشند که معایب خودروهای برقی خالص تا حدود زیادی در آنها برطرف گردیده است و می توان گفت معایب خودرو های احتراق داخلی نیز تاحدودی در آن ها بر طرف شده است. از مزایای مهم این خودروها نسبت به خودروهای احتراق داخلی، کارکرد در دور و بار ثابت بوده و به اصطلاح در نقطه بهینه خود کار می کنند، این امر باعث بالا رفتن بازده موتور و کاهش آلودگی و پایین آمدن مصرف سوخت می گردد و دیگر اینکه به هنگام ترمز گیری و با شتاب منفی، انرژی به صورت الکتریکی در باتری ها ذخیره می شود . همین امر باعث کارکرد کمتر موتور احتراقی خواهد شد و در نتیجه منجر به کاهش آلودگی و پایین آمدن مصرف سوخت می گردد. این خودروها هم دارای موتور سوختی و هم دارای موتور برقی با قابلیت ذخیره انرژی از موتور سوختی و ترمز خودرو هستند. از معایب این خودروها می توان به عدم قابلیت شارژ باتری ها از شبکه برق و وابستگی به موتور سوختی اشاره کرد

خودروهای هیبرید الکتریکی قابل اتصال به شبکه:

خودروهای هیبرید الکتریکی قابل اتصال به شبکه، می توانند از طریق شبکه سراسری و یا از طریقیک موتور درون سوز انرژی خود را دریافت کنند. در حالت عادی باتری یکPHEV بزرگتر از HEV است. تفاوت اساسی باتری های این دو نوع خودرو این است که باتری هایPHEV بایستی قابلیت تخلیه و شارژ سریع را داشته باشند، در حالی که باتری هایHEV در حالت تقریبأ شارژ کامل عمل می کنند و تخلیه در آنها به ندرت اتفاق می افتد. قیمت باتری هایPHEV بين 3/1 تا 5/1 برابر قیمت باتری هایEV است، با این وجود به دلیل تعداد کمتر باتری، قیمت کل باتری ها در PHEV کمتر از EV است.

مزایای استفاده از خودرو هیبرید الکتریکی قابل اتصال به شبکه:

به طور خلاصه می توان مزایای زیر را برای خودروهای هیبرید الکتریکی قابل اتصال به شبکه برشمرد:

1-هزینه خرید توان الکتریکی برای شارژ باتری، اصولا کمتر از هزینه سوخت فسیلی است. از این نظر الكتریسیته به عنوان سوخت وسایل نقلیه، به میزان۵۰ تا ۷۵ درصد از مقدار معادل(از نظر توان ایجاد شده) سوخت بنزین، ارزان تر است. قیمت استفاده از ترکیب سوخت های مختلف برای تولید برق در نیروگاه ها، از قیمت بنزین، پایینتر و باثبات تر است.

۲-استفاده از PHEV انتشار گازهای گلخانه ای را کاهش میدهد. خودروهای هیبریدی قابل شارژ، میزان آلایندگی دی اکسیدکربن کمتری نسبت به خودروهای درون سوز و هیبریدی متداول، ایجاد میکنند.

۳- این فن آوری، امکان استفاده از انرژی های تجدیدپذیر و برق در ساعات غیر پیک مصرف را به عنوان سوخت رانشی فراهم کرده است.

۴- در آینده، تمامی منازل مسکونی به سیستم های کنترل مرکزی مجهز خواهند شد(در حال حاضر، این سیستم در تعداد محدودی نصب شده است) که تمامی فرآیندها را کنترل خواهند کرد. سیستم های شارژ خودروهایPHEV میتوانند بخشی از خانه های هوشمند و شبکه های برق آینده باشند. با استفاده از این سیستم ها، میتوان در ساعات غیر اوج مصرف برق، خودروها را از طریق ارتباط با شبکه شارژ کرد.

۵-در مقایسه با خودروهای الکتریکی خالص استفاده از دو سوخت سبب میشود که راننده، نگرانی زیادی در خصوص اتمام شارژ برق نداشته باشد. در صورت پایان شارژ این خودروها به مانند خودروهای هیبرید معمولی، از موتور درون سوز و ژنراتورهای بازیابی انرژیترمزی برای شارژ مجدد باتری ها استفاده می شود. همچنینPHEVها از باتری های کوچک تر و درنتیجه ارزان تر برخوردارند.

۶-در سال های اخیر، توانایی تنظیم فرکانس شبکه برق به دلیل عدم وجود مشوق های کافی برای ایجاد خدمات رگولاسیون شبکه در بخش صنعت، کاهش یافته است. در صورت طراحی مناسب و کامل، PHEVها میتوانند در این فرآیند شبکه را یاری کنند. بحث جدیدی که در اینجا مطرح می شود، استفاده از سیستم هوشمند شبکه برق در این نوع خودرو است. این سیستم، به نوعی استفاده از شبکه برق را به حالت بهینه خود، یعنی کمترین هزینه برق برای دارندهPHEV شارژ در حالت غیر پیک مصرف) و کمترین بار بر روی شبکه، رهنمون می سازد.

در این خصوص، از شارژ موجود در این نوع خودروها می توان به عنوان شارژ کمکی در ساعات اوج مصرف، استفاده کرد و در این حالت، خودرو در ساعات غیر پیک، شارژ شده و در ساعات پیک و یا اضطراری، به وسیله ارتباط ایجاد شده با مرکز کنترل، دشارژ می شود. همچنین استفاده از نیروگاه های کمکی که عموما از نوع گازی هستند در این ساعات به حداقل می رسد. این سیستم می تواند با دریافت اطلاعات مربوطه از مرکز کنترل، تضمین کند که هزینه برق مصرفی از هزینه سوخت فسیلی معادل، کمتر خواهد شد.

چالش های بهره برداری شبکه توزیع در حضور خودروهای الکتریکی:

باتوجه به طبیعت و خصوصیات خودروهای برقی، اتصال آنها به شبکه در سطح توزیع صورت می پذیرد و درواقع هنگامی که برای شارژ کردن باتری به شبکه وصل می شوند، تبدیل به یک بار جدید شده که شبکه باید آن را تامین نماید. برای هر سیستم قدرت اضافه شدن خودروهای برقی به عنوان بار جدیدیک چالش مهم به شمار میرود. به خصوص هنگامی که تعداد خودروهای برقی قابل توجه باشد و از این جهت است که تجزیه و تحلیل و بررسی میزان بار اضافه شده، زمان اتصال و قطع آن و بازه زمانی در مدار بودن آن حائز اهمیت است.

از سوی دیگر ادوات خاصی تحت عنوان شارژر خودروی برقی لازم است تا بتوان به کمک آن انرژی مورد نیاز خودروهای برقی را از شبکه، با در نظر گرفتن كليه ملاحظات فنی و ایمنی لازم تامین نمود. در این میان بدیهی است که مطالعات اولیه و نتایج حاصل از آنها می تواند راه را جهت اتخاذ سیاست های لازم در خصوص نحوه استفاده از برق تولیدی شبکه توسط مشترکین جهت شارژ خودروهای برقی هموار سازد و در مقابل عدم وجود یک مطالعه دقیق موجبات بروز مشکلات فراوان را فراهم می سازد.

اتصال ایستگاه های شارژ خانگی و عمومی خودروها، نیازهای جدیدی در مطالعات شبکه توزیع نیروی برق آینده می طلبد. مدیریت بار، کیفیت توان، سیستم حفاظت، بهره گیری از سیستم های هوشمند جهت پیک سایی و برنامه ریزی های برآورد بار و توسعه شبکه های توزیع از جمله مهم ترین این نیازها هستند که قبل از ورود حجم گسترده ای از ایستگاه های شارژ به شبکه سراسری برق باید مورد توجه قرار گرفته و الزامات فنی متناسب با نیازها و توانمندی های موجود صنعت برق تدوین شود.

بررسی گزارشات منتشر شده از تجربیات کشورهای توسعه یافته در صنعت خودروهای هیبریدی و الکتریکی نشان می دهد، از سال ها قبل از ورود این خودروها به شبکه حمل و نقل، شرکت های توزیع نیرو، پیشرو برنامه هایی جهت استانداردسازی ایستگاه های شارژ، تعیین حداقل الزامات فنی اتصال ایستگاه ها به شبکه و هدایت تولید کنندگان تجهیزات شارژ خانگی و عمومی در راستای منافع شبکه برق بوده اند. یکی از نمونه های برجسته در این زمینه، فعالیت های شرکت های توزیع در ایالات متحده بوده که نتایج فعالیت ها به صورت استاندارد ایستگاه های شارژ خانگی و عمومی منتشر شده است.

شارژ وسایل نقلیه الکتریکی و مدیریت انرژی توزیع در شبکه هوشمند

نفوذ وسایل نقلیه الکتریکی در شبکه حمل و نقل به طور گسترده در حال افزایش است. تأمین مواد نفتی و افزایش نگرانی های زیست محیطی به شدت باعث تلاش های تحقیقاتی در زمینه برق رسانی حمل و نقل می شود و پیشرفتهای تکنولوژیکی، باعث ورود سریع وسایل نقلیهی الکتریکی در بازار شده است.

ورود وسایل نقلیه الکتریکی نه تنها سبب به چالش کشیدن پایداری شبکه برق می شود، بلکه با تحریک مناسب و استفاده صحیح می تواند سبب ارتقاء شبکه شود و مزایای اقتصادی را به همراه داشته باشد. در واقع خودروهای الکتریکی اگر روند شارژ خود را به درستی و به طور هماهنگ شده انجام دهند، میتوانند به طور فعال سبب تقویت و توسعه شبکه هوشمند شوند. ما در واقع اعتقادمان این است که داد و ستد این انرژی (شارژ خودرو) می تواند بر مالکان خودرو و شبکه تأثیر گذار باشد و درنتیجه مزایای کلی حضور خودروهای الکتریکی می تواند در سطح جامعه فراگیر شود. ما بر روی جنبه اقتصادی این رویکرد تمرکز می کنیم. با این حال، شارژکردن خودروهای الکتریکی تأثیر زیادی بر ذینفعان در حوزه های برق و حمل و نقل مانند: تولید کنندگان برق و اپراتور های برق، سیاست گذاران، خرده فروشان و مشتریان دارد.

افزایش بار خودروهای الکتریکی در شبکه توزیع می تواند قیمت برق را بالا ببرد و تغییرات نسبی تولیدات تولید کنندگان را افزایش دهد، که باعث افزایش انتشار (CO2 ) می شود. درنتیجه افزایش بار می تواند پایداری شبکه های توزیع را تهدید کند. اگر ما بتوانیم شارژ کردن خودروهای الکتریکی را به زمان های کمتر شلوغ اختصاص دهیم، که باید با هماهنگی تقاضا دهنده صورت گیرد، توانسته ایم پایداری شبکه را حفظ کنیم و خسارات اضافی و اقتصادی را کنترل کنیم.

معرفی خودروهای الکتریکی

یک مهندس آمریکایی به نام پیپر در سال ۱۹۰۵یک خودروی الکتریکی ساخت که در این خودرو از دو سوخت بنزین و انرژی الکتریکی استفاده نموده است. این نوع خودروها، به خودروهای هیبریدی معروف شدند، اما به دلیل ارزان بودن سوخت های فسیلی توسعه ای پیدا نکردند تا اینکه در سال ۱۹۷۰، به دليل بحران نفت، این خودروها اهمیت پیدا کردند و باعث توسعه بیشتر آن از سال ۱۹۹۰ گردید. امروزه به دلیل مسائل زیست محیطی، توسعه خودروهای الکتریکی رو به افزایش است که اینموضوع باعث ایجاد تنوع در آنها گردیده است. خودروهای هیبریدی به دلیل مزایایی که نسبت به انواع دیگر خودروهای الکتریکی دیگر دارند، بیشتر مورد توجه قرار گرفته اند. طول عمر خودروهای الکتریکی بیشتر از خودروهای بنزینی است. اولین خودروی الکتریکی توسط وند ولی در سال۱۸۹۹ ساخته شد که یک خودروی هیبریدی با یک موتور بنزینی بود.

تعریف خودروهای الکتریکی هیبریدی:

خودرویی که برای حرکت از ترکیب دو یا چند منبع مجزای قدرت استفاده کند را خودروی هیبریدی یا خودروی دو نیرویی می نامند. در بیشتر مواقع این نام اشاره به خودروی برقی دوگانه دارد که سیستم آن از یک موتور احتراق داخلی (معمولا بنزین) در کنار یکیا چند موتور الکتریکی تشکیل شده است

انواع مختلفی از خودروهای هیبریدی وجود دارند که از سوخت های دیگر مانند هیدروژن یا انرژی خورشیدی بهره می برند، نحوه ی طراحی فناوری این خودروها به کارایی آنها بستگی دارد، که آیا هدف برای بهره مندی از قدرت بیشتر، طی مسافت طولانی تر با یک بار سوخت گیری با کاهش انتشار گازهای گلخانه ای است. این خودروها به خودروهای سبز نیز معروف اند.

شکل پیشرفت های اخیر در صنعت خودرو.

 

انواع خودروهای برقی:

خودروها را می توان به سه دسته تقسیم کرد:

خودروهای با باتری الکتریکی (BEV):

این نوع خودروها دارای موتورهای الکتریکی و باتری برای تأمین انرژی الکتریکی اند. انرژی باتری ها، نیروی محرکه موتور الکتریکی خودرو و هم چنین سایر تجهیزات را تأمین می کند. از فواید این خودروها نسبت به موتورهای دیگر می توان به عدم آلایندگی گازهای گلخانه ای، راندمان بالا و سر و صدای کم نام برد. ولی عیب آنها وابستگی کامل به باتری است.

خودروهای هیبریدی الکتریکی (HEV):

این خودرو از یک موتور احتراقی و یکیا چند موتور الکتریکی برای حرکت تشکیل شده است. با توجه به طراحی خودرو می توان یکی از موتورها یا هر دو آنها باعث حرکت خودرو گردند.

خودروهای هیبریدی الکتریکی قابل اتصال به شبکه( PHEV):

این خودروها فناوری جدیدی در عرصه حمل و نقل و سیستم قدرت به شمار می آیند. این خودروها دستهای از خودروهای هیبریدی هستند که باتری آنها با اتصال به یک منبع (سیستم قدرت شارژ می شوند. خودروی هیبریدی، ترکیبی از BEV و HEV است.

شکل نمای کلی خودروی هیبرید.

PHEV ها قابلیت اتصال به شبکه را دارند و انرژی مورد نیازشان را از شبکه تأمین می کنند. همچنین میتوانند هنگامی که به شبکه متصل اند انرژی را از باتری به شبکه انتقال دهند.

سیستم انتقال قدرت (PHEV):

انتقال قدرت PHEV ها به صورت هیبریدی الکتریکی به سه صورت انجام می گیرد:

خودروی هیبریدی موازی (ترکیب جفت):

این نوع خودروها می توانند به طور همزمان از دو منبع جداگانه به چرخ ها توان انتقال دهند. یک موتور برای به حرکت درآوردن یکی از محورها استفاده می شود و موتور دیگر، محور دیگری را به حرکت در می آورد. یکی از موتورها را نیز می توان به عنوان ژنراتور برای شارژ استفاده کرد. این خودروها را می توان به موتورهای احتراقی نیز تبدیل کرد.

خودروی هیبریدی سری:

این نوع خودروها داراییک موتور الکتریکی و یک موتور احتراق داخلی جهت نیروی حرکتی می باشند. هنگامیکه یکی از موتورها انرژی خود را از دست می دهد از موتور دیگر جهت حرکت استفاده می کنند.

شکل شماتیک خودروی هیبریدی سری و موازی.

خودروی هیبریدی ترکیبی:

این نوع خودروها ترکیبی از دو حالت سری و موازی هستند.

شکل شماتیک خودروی هیبرید ترکیبی.

 

سیستم شارژ خودروهای الکتریکی:

خودروهای الکتریکی دارای باتری هایDC هستند و برق شبکه AC است. درنتیجه برای شارژ نیاز به تبدیلAC به DC می باشد. شارژرها به دسته های زیر تقسیم می گردند:

شارژرهای on – board:

این شارژرها قدرت بیشتری را تحمل می کنند و باتری را سریع تر شارژ می کنند. اما حجم بزرگی دارند و نیاز به یک مکان ثابت دارند.

شکل ایستگاه شارژ عمومی.

 

شارژرهای off – board:

این شارژرها درون خودروها نصب می گردند و در هر مکانی می توانند باتری را شارژ کنند. اما باعث اضافه وزن خودروها می گردند. برای بهره برداری از شارژ قوی تر، حجم و وزن شارژر افزایش مییابد، در نتیجه باعث محدودیت های در خودرو می گردند.

فواید خودروهایPHEV نسبت به خودروهای احتراقی:

تعدادی از فوایدPHEV ها نسبت به خودروهای الکتریکی ذکر شده است که عبارت اند از:

-کاستن آلودگی و گازهای گلخانه ای

-توانایی انتقال انرژی از باتری به شبکه

-هزینه شارژ کمتر نسبت به سوخت (باید برای مقایسه قیمت برق و سوخت هر کشور را جداگانه حساب شود)

-هزینه نگهداری کمتر نسبت به خودروهای احتراقی

-توانایی ذخیره انرژی بیشتر نسبت به خودروهای احتراقی (ظرفیت باتری بزرگتر)

-کاهش حجم موتور

-توانایی قرار دادن شارژر بر روی خودرو

-کاهش تلفات انرژی و بازدهی بالا قابلیت شارژ در تمامی مکان ها.

 

امروزه با توجه به آلودگی های ناشی از خودروها و محدودیت های سوخت فسیلی، کارخانه های بزرگ خودروسازی گام مهمی در مقابله با این امر برداشته اند که از جمله آنها می توان به تولید خودروهای برقی اشاره کرد. بازدهی بالا، آلایندگی کم، مسافت قابل پیمایش بالا و ایمنی مطلوب از جمله ویژگی های حائز اهمیت برای خودروهای برقی است. حضور خودروهای برقی در سطح سیستم قدرت، یک نوع ذخیره ساز و منبع جدید را برای سیستم فراهم می آورد. در ادامه فناوری خودروهای قابل اتصال به شبکه و همچنین به نحوه رفتار این خودروها به عنوان یک تولید کننده با مصرف کننده پرداخته می شود.

فناوری خودروی قابل اتصال به شبکه:

آن چه سبب می شود خودروهای برقی مورد توجه ویژه قرار گیرند، مفهوم فناوری خودروی قابل اتصال به شبکه است، که توانایی تبادل توان الکتریکی را با شبکه در چارچوب تعریفی جدید امکان پذیر می نماید.

در شکل زیر ارتباط بین خودروهای برقی و شبکه ی قدرت را نشان داده شده است. انرژی الکتریکی می تواند به صورت دو طرفه ، از سیستم قدرت به خودروها و از خودروها به سیستم قدرت در گردش باشد. ISO می تواند سیگنال های زمان واقعی را به تک تک خودروهای برقی پارک شده و با بهره برداری که مسئولیت کنترل خودروها را بر عهده دارد، ارسال کند.

شكل ارتباط مخابراتی بین خودروی برقی و شبکه قدرت.

بنابراین ارتباط مخابراتی بین خودروهای برقی با سیستم قدرت، میتواند خودروهای با قابلیت اتصال به شبکه را به تنظیم کننده تبدیل نماید. اگر خودروهای برقی بخواهند برحسب نیاز شبکه رفتار نمایند، آنگاه در ساعاتی که بار شبکه کم است شارژ شده و هنگامی که شبکه نیاز به انرژی دارد، دشارژ می گردند. به این ترتیب خودروهای برقی به کمک فناوری خودرو قابل اتصال به شبکه تبدیل به منابع ذخیره ساز انرژی شده اند که قابلیت جابجایی در شبکه ی قدرت را دارا هستند. در حالتی که خودروهای برقی بخواهند بر اساس تغییر قیمت عمل کنند، باید در زمان هایی که قیمت برق پایین است باطری ها شارژ شده و انرژی را ذخیره نمایند و در ساعاتی که قیمت برق بالا است به شبکه انرژی بفروشند. در نتیجه، فناوری خودروی قابل اتصال به شبکه می تواند انعطاف پذیری شبکه را بالا برده و استفاده از منابع تجدید پذیر مانند انرژی باد و انرژی خورشیدی را افزایش دهد. از آنجایی که تولید این منابع به طور ذاتی قابل پیش بینی نیست و همراه با نوسان بسیار همراه است، حضور خودروهای الکتریکی با قابلیت اتصال به شبکه سبب بهبود بهره برداری از منابع تولید انرژی الکتریکی تجدیدپذیر خواهد شد. بدین ترتیب میتوان با بهره گرفتن از ویژگی های خودروی قابل اتصال به شبکه، نوسانات توليد ناشي از طبیعت تصادفی انرژی های تجدید پذیر را کاهش داد.

باطری خودروهای برقی و نحوه عملکرد آنها در شبکه قدرت:

باطری خودروهای برقی نقش اصلی را ایفا می کنند. در موقع اتصال خودرو به شبکه، باطری خودرو هم می تواند نقش یک بار مدیریت پذیر و هم نقش یک ژنراتور سریع راه انداز را داشته باشد و یا اینکه برای تنظیم فرکانس مورد استفاده قرار گیرد. این خودروها دارای مجموعه باطری فشرده و یک شارژ کننده هستند. این شارژکننده ها میتوانند به صورت دو طرفه عمل نمایند، یعنی می توانند با همان کیفیتی که باطری ها را شارژ می نمایند، انرژی را از باطری به شبکه انتقال دهند. البته بسته به نوع خودرو این شارژکننده ها می توانند از نوع ACیاDC باشند. یعنی انرژی ذخیره شده در باطری که به صورت DC است میتواند ابتدا در داخل خودرو توسط مبدل به برق AC تبدیل شده و بعد به شبکه انتقال داده شود و یا اینکه به صورت DC از خودرو خارج شده و سپس در جایگاه های مخصوص، به برق AC مورد نیاز برای شبکه تبدیل شود. البته مزیت به خصوص شارژ نوع اول این است که می توان خودرو را در هر مکانی به شبکه متصل کرد و نیاز به لوازم مخصوصی ندارد، اما باید دقت داشت که سیستم نوع اول دارای هزینه تولید بیشتری نیز می باشد.

ویژگی های کاربردی باطری خودروها:

خودروهای برقی معمولا در یک نقطه ساکن نیستند و ممکن است در نقاط مختلف یک منطقه پراکنده باشند و از نقاط مختلفی به شبکه وصل شوند. باطری خودروها ممکن است در مسافرت های کوتاه با طولانی مورد استفاده قرار بگیرند. تحقیقی در آمریکا نشان داده است که حدود شصت درصد رانندگان مسافرتی کمتر از ۳۰ مایل (۴۸ کیلومتر) را در روز طی می کنند. این مسافت طی شده کمتر از محدودهی توان بالقوه باطری خودروها است، بنابراین تمام انرژی باطری خودروها در طی مسافرت روزانه مصرف نمی شود. در نتیجه زمانی که باطری خودروها به شبکه متصل می شوند مقداری انرژی الکتریکی را نیز به عنوان ذخیره در خود دارند.

ویژگی های ساختاری باطری خودروها:

توان خروجی باطری خودروها، در حدود 0.2 برابر کل انرژی قابل ذخیره آنها است، از آنجا که قابلیت ذخیره سازی باطری خودروها از یک تا سی کیلووات ساعت می باشد، محدوده توان خروجی این باطری ها از 0.2 تا 6 کیلووات است. اگر انرژی قابل ذخیره باطری خودروها C فرض شود، به این دلیل که باطری ها میتوانند این انرژی را در مدت حدود پنج ساعت ذخیره کنند، مقدار نامی توانی که می توانند در اختیار شبکه بگذارند 5/C است. این باطری ها دارای پاسخ بسیار سریعی هستند، یعنی می توانند در زمان حدود 0.1 ثانیه، به بیشینه خروجی دست پیدا کنند. این سرعت راه اندازی در هیچیک از نیروگاه های سریع راه اندازی وجود ندارد و این موضوع گزینه خوبی برای تنظیم فرکانس نیز به شمار می آید. یک مؤلفه مهم در باطری ها سطح شارژ (SOC) نام دارد.

SOC به عنوان نسبت انرژی ذخیره شده در یک باطری به كل ظرفیت باطری، تعریف شده است که بین صفر تا 100% متغیر است. صفر برای موقعی است که باطری کاملاً دشارژ شده و 100برای زمانی است که باطری کاملا شارژ شده است. بنابراین وقتی که انرژی در باطری ذخیره میشود، SOC در حال افزایش و در زمانیکه باطری در حال تخلیه است، SOC نیز رو به کاهش می رود.

در صورتی که انرژی ذخیره شده باطری خودروها در طول شبانه روز صرفا برای مسافرت های افراد مورد استفاده قرار بگیرد، سطح شارژ باطری روندی مشابه شكل زیر را پشت سر می گذارند. یعنی از وقتی که صاحبان خودرو، صبح به سر کار می روند و خودروی خود را در پارکینگ، پارک می کنند و زمانی که بعد از ظهر از سر کار بر می گردند و خودرو را برای شارژ مجدد در شب به شبکه متصل می کند، یک شبانه روز سپری می شود. با توجه به شکل زیر میتوان کمترین میزان برایSOC را شصت درصد فرض کرد. بنابراین می توان گفت در طول شبانه روز، خودروها با SOC حداقل شصت درصد به شبکه متصل هستند. زمانی که باطری انرژی مصرف می کند نقش مصرف کننده را دارد و زمانی که انرژی به شبکه تحویل می دهد نقش تولید کننده را ایفا می کند.

شکل روند تغییرSOC در یک روز برای مصارف شخصی.

 

مجموعه ای از خودروهای متصل به شبکه:

اگرچه انرژی که هر باطری ذخیره می کند، برای شبکه محسوس نیست و هیچ اثری جز یک تغییر بسیار کوچک نمی تواند در شبکه ایجاد کند اما وقتی که تعداد زیادی خودروی برقی در سطح شبکه قرار بگیرند، می توانند با ارائه خدمات مختلف، تأثیر قابل ملاحظه ای بر سیستم قدرت داشته باشند. یک روش موثر برای استفاده از توان باطری خودروها، استفاده از پارکینگ هایی با ظرفیت یک هزار تا یکصد هزار خودرو می باشد. در این صورت این اجتماع هم می تواند به صورت بار و هم تولید کننده با توانی در حدود مگاوات در بیاید تا بتوانند در سیستم موثر باشد. خرید و فروش این انرژی ها نیز می تواند به تناسب در بازارهای برق خرده فروشی و عمده فروشی انجام شود. تجمیع کننده ها، بازیگران جدیدی هستند که وظیفه شان تجميع توان باطری خودروهاست، تا بتوانند به توان های در حد مگاوات یا بیشتر که برای شبکه سودمند باشند، برسند

مجموعه باطری خودروها به عنوان بار:

شارژ باطری خودروها یک بار جدیدی را به شبکه معرفی می کند. برایISO هر باری یک شکل نوعی روزانه دارد. این شکل عبارت است از مقدار اوج و همچنین شکل بار در زمان های بدون اوج که از این طریق میتواند نحوه تأمین بار را تعیین نماید. به عنوان مثال ISO برای تأمین بار پایه از نیروگاه های خاصی با بازدهی بالاتر و سرعت راه اندازی پایین تر استفاده می کند و همچنین برای تأمین بار اوج از نیروگاه های با بازده پایین تر ولی با سرعت راه اندازی بالاتر استفاده می کند.

تجربه نشان داده است برنامه ریزی مشارکت واحدها برای زمان های غیر اوج و بارهای کم، مشکل است و ممکن است بهره بردار سیستم نخواهد واحدی را خاموش کند تا مشکلات راه اندازی به وجود آید. اما بعضی اوقات راه حل دیگری وجود ندارد و مجبور است با صرف هزینه بیش تر، امنیت شبکه را حفظ کند. یکی از راه حل های مناسب برای بهره بردار شبکه، استفاده از خودروهای برقی در سطح سیستم قدرت می باشد. به این منظور بهره بردار شبکه با کاهش قیمت خرید برق از خودروها و قیمت فروش برق به آنها صاحبان خودروها را به شارژ باطری خودروی خود در این ساعات ترغیب کند. در نتیجه واحدهای با بازدهی بالا دیگر نیاز نیست که شب ها خاموش شوند و می توانند برای تأمین اوج باری که در صبح به وجود می آید آماده باشند. بهره بردار سیستم قدرت همچنین می تواند از انرژی موجود در باطری خودروها به عنوان یک منبع موثر برای مسطح کردن منحنی عرضه تقاضا و تأمین ذخیره شبکه استفاده کرده و همچنین برای جبران نامتعادلی های در بخش فرکانس نیز می تواند از این منابع کمک بگیرد.  بهره بردار سیستم قدرت باید با قیمت دهی مناسب، صاحبان خودروها را به عمل متناسب با خواسته خویش سوق دهد.

به طور خلاصه، این توان می تواند برای اهداف زیر استفاده شود

۱) تأمین بار پایدی شبکه: شارژ در ساعات کم باری و دشارژ در ساعات پر باری علاوه بر تأمین بار پایه، باعث افزایش بازدهی شبکه شود.

۲) تأمین بار اوج شبکه: دشارژ در ساعات پرباری، کاهش اوج منحنی بار و جلوگیری از روشن شدن واحدهای پرهزینه را به همراه داشته باشد.

۳) خدمات جانبی: به دلیل قابلیت تولید توان سریع خودروها، تران حاصل از آنها می تواند در تنظیم فرکانس و تأمین ذخیره چرخان استفاده شود. همچنین به دلیل پراکندگی خودروها در سطح شبکه می توان برای تولید توان راکتیو از توان خودروها استفاده کرد.

در این پروژه ارزیابی نفوذ و تاثیر بارهای خودروهای برقی پلاگین یا با قابلیت اتصال به شبکه(PEV) در شبکه توزیع بررسی شده است.

پخش بار بهینه(OPF) به منظور کاهش تلفات فیدرها در نرم افزار گمز (GAMS) مدلسازی شده است.

تقاضای شار خودروهای برقی براساس مدل صف M/M/c برای ایستگاه شارژ در نرم افزار متلب(MATLAB) شبیه سازی شده است.

 

درصد خودروها در جاده ها.

 

 

تقاضای شارژ مورد انتظار خودروهای برقی قابل اتصال به شبکه.

 

 

تعداد خودروهای برقی رسیده به ایستگاه شارژ.

 

توزیع احتمالی برحسب تعداد خودروهای برقی که به طور همزمان در حال شارژشدن هستند.