Enhancement of Charging Resource Utilization of Electric Vehicle Fast Charging Station with Heterogeneous EV Users

Sandun Yasantha Konara Konara Mudiyanselage disputerer med ph.d.-avhandlingen Enhancement of Charging Resource Utilization of Electric Vehicle Fast Charging Station with Heterogeneous EV Users.

Mudiyanselage har fulgt ph.d.-programmet ved Teknologi og realfag, med spesialisering i ingeniørvitenskap, fagområde fornybar energi.

Finn mer informasjon om disputasen.

Kandidatens sammendrag av avhandlingen:

Elektrisk transport får stadig mer oppmerksomhet fra alle interessenter innen transportsektoren på grunn av de mange miljø- og helsemessige fordelene ved e-mobilitet. Spredningen av elektriske kjøretøy (EV-er) utgjør derimot en enorm utfordring på grunn av problemer knyttet til lange ladetider, rekkeviddeangst og ladeautonomi. Den raske utplasseringen av hurtigladestasjoner(FCS-er) for elektriske kjøretøy (EV) kan lindre disse utfordringene. For å begrense belastningen på strømnettet må FCS-er for øyeblikket bygges som mikronett eller aktive generatorer (AG-er), noe som gir en mulighet til å introdusere flere fornybare energikilder (RE) i de distribuerte nettverkene. Kapasiteten til FCS-en og antallet ladere for EV-er/utstyr for EV-strømtilførsel (EVSE) kan betraktes som den begrensende ladingsressursen for FCS-en. FCS-en står overfor drifts- og tekniske utfordringer for å imøtekomme etterspørselen fra heterogene EV-brukere.

Denne avhandlingen presenterer innovative strategier for tildeling og koordinering av ladingsressurser som maksimerer de begrensede ladingsressursene ved FCS-en med heterogene EV-brukere. Det tillater at opportunistiske EV-brukere (OEV-er) utnytter tilgjengelige ladingsressurser med dynamiske hendelsesstyrte strategier for tildeling og koordinering av ladingsressurser, i tillegg til primære EV-brukere (PEV-er) (registrerte eller planlagte EV-brukere). Videre fokuserer utviklede strategier på de begrensede ladingsressursene som er tildelt primære/registrerte EV-brukere (PEV-er) ved FCS-en, som får tilgang til FCS-en med spesifikke privilegier i henhold til tidligere avtaler. Men tilgjengelige ressurser blir ikke optimalt utnyttet på grunn av ulike usikkerheter knyttet til EV-ladingsprosessen, som EV-mobilitetsrelaterte usikkerheter, feil på EVSE, usikkerhet i energipriser osv. Utviklede strategier tar hensyn til at ubrukte ladere og ledig plass for EV-er ved FCS-en er en mulighet for ytterligere utnyttelse med OEV-er ved hjelp av innovative strategier for koordinering av ladingsressurser. Denne avhandlingen utvikler et FCS-sentrert rammeverk for vurdering av ytelse som evaluerer ytelsen til utviklede strategier med hensyn til utnyttelse av ladingsressurser, fullføring av lading og kvalitetsaspekter ved tjenesten (QoS) for EV-brukere. For å evaluere QoS for EV-ladingsprosessen, blir forskjellige parametere som EV-blokking, forhåndsavbrudd i ladeprosessen, gjennomsnittlig ventetid, gjennomsnittlig ladetid, tilgjengelighet av FCS, lade pålitelighet osv. utledet og analysert. I tillegg forbedrer de utviklede innovative strategiene for tildeling og koordinering av ladingsressurser med ressursaggregering og etterspørselselastisitet utnyttelsen av ladingsressurser samtidig som de gir høy QoS for lading av både PEV-er og OEV-er.

For de vurderte tilfellene har vi observert at selv om mer enn 80% av ressursutnyttelsen ikke kan oppnås bare med PEV-er, oppnår FCS-en nesten 100% ressursutnyttelse med ladningsressursaggregering og etterspørselselastisitet med heterogene EV-brukere. Ressursutnyttelsen er alltid over 50% uavhengig av ankomsttakten for PEV-er. Ladepåliteligheten til FCS-en forbedres med utviklede strategier for tildeling og koordinering av ladingsressurser sammen med en rekke mobile eksterne ladere (MOBCs). Analysen viser at økt antall ankomster av PEV-er og feil på EVSE-er påvirker ladepåliteligheten til OEV-er i stor grad. Imidlertid kan reservering av MOBC-en ved FCS-en betydelig forbedre ladepåliteligheten til OEV-er. De utviklede strategiene for koordinering av ladingsressurser har forbedret ladepåliteligheten til OEV-er med 56% og PEVer med 91% i scenariet der den betraktede ankomsttakten for PEV-er er maksimal, sammenlignet med FCS uten MOBC-er. For å skalere opp kapasiteten til FCS-en, er en fotovoltaisk (PV) basert aktiv generator (AG) integrert ved hjelp av en utviklet AC-koblet mikronettarkitektur. PV-AG-en bruker en innovativ kontrollmetode basert på en endelig tilstandsmaskin med tilstandsstrømkontroll og droop-karakteristikker for å håndtere den dynamiske kraftflyten innen FCS-en. Den sikrer frekvensstabiliteten påvirket av de raske endringene i kraftintensiv EV-etterspørsel ved FCS-en.

Det utviklede FCS-sentrerte rammeverket for vurdering av ytelse, sammen med strategier for tildeling og koordinering av ladingsressurser, er nyttige for å optimalt utnytte de begrensede ladingsressursene samtidig som en høy QoS opprettholdes for heterogene EV-brukere. I tillegg er dette arbeidet nyttig for å få en kvantitativ oversikt over hele ladeprosessen ved FCS-en.