ایستگاه‌های شارژ خودروهای برقی مبتنی بر انرژی خورشیدی با استفاده از بهینه‌سازی ترکیبی

یک رویکرد ترکیبی برای ارزیابی کیفیت توان و وابستگی به شبکه توسط ایستگاه‌های شارژ خودروهای برقی مبتنی بر انرژی خورشیدی با استفاده از بهینه‌سازی ترکیبی : 

الکتریکی‌سازی حمل‌ونقل یک گزینه امیدوارکننده برای کاهش گرمایش جهانی و انتشار گازهای گلخانه‌ای است. این پژوهش راه‌حلی نوآورانه برای توسعه خودروهای برقی ارائه می‌دهد تا دستورالعملی حیاتی برای افزایش پذیرش خودروهای برقی در جهت محیط‌زیست پایدار فراهم کند. لازم است اثرات منفی بار ایستگاه‌های شارژ خودروهای برقی بر سیستم توزیع مورد توجه قرار گیرد. منابع انرژی تجدیدپذیر عمدتاً ایستگاه‌های شارژ را تأمین می‌کنند، به گسترش انرژی سبز کمک کرده و در کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای نقش دارند. اگر بار ایستگاه‌های شارژ به‌طور نامتعادل بر روی سه فاز سیستم توزیع توزیع شود، تفاوت بارها در فازهای مختلف سیستم ممکن است افزایش یابد. بار نامتعادل شارژ تک‌فاز خودروهای برقی باعث ایجاد ولتاژهای نامتعادل بین باس‌های بار و افت ولتاژهای متفاوت بین فازهای مختلف سیستم می‌شود. کیفیت ولتاژ در سیستم‌های توزیع با حل مشکلات پروفایل ولتاژ و عدم تعادل ولتاژ بهبود می‌یابد. پروفایل ولتاژ به تغییرات دامنه ولتاژ در طول فیدر توزیع اشاره دارد که بر عملکرد و قابلیت اطمینان سیستم تأثیر می‌گذارد. عدم تعادل ولتاژ انحراف ولتاژهای فاز به فاز در یک سیستم سه‌فاز است که تأثیرات منفی بر تجهیزات و کیفیت توان دارد. اثر ایستگاه‌های شارژ بر فاکتور عدم تعادل ولتاژ سیستم توزیع باید به‌دقت کنترل شود تا عملکرد سیستم بهبود یابد. بنابراین، ایستگاه‌های شارژ خودروهای برقی که توسط منابع تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی تغذیه می‌شوند، به‌طور قابل توجهی به تحرک سبز و پایدار کمک می‌کنند. با این حال، ایستگاه‌های شارژ مبتنی بر منابع تجدیدپذیر با چالش‌هایی مانند نوسانات، تغییرپذیری و عدم قطعیت منابع مواجه هستند. بنابراین، استفاده از شبکه برق همراه با منابع انرژی تجدیدپذیر، تأمین مداوم بار ایستگاه‌های شارژ را فراهم می‌کند. ادغام گسترده بار خودروهای برقی و منابع انرژی تجدیدپذیر بر پارامترهای مختلف شبکه توزیع موجود تأثیر می‌گذارد. عدم تعادل ولتاژ و افزایش تلفات توان ناشی از خودروهای برقی باعث گرمایش بیش از حد و آسیب به تجهیزات می‌شود. بنابراین، تحقیق در مورد کاهش عدم تعادل ولتاژ، تلفات توان، انحراف ولتاژ و بهبود پایداری ولتاژ در ایستگاه‌های شارژ مبتنی بر منابع تجدیدپذیر در سیستم توزیع برای بهبود عملکرد، قابلیت اطمینان و بازده سیستم ضروری است. عدم قطعیت‌های مرتبط با بار خودروهای برقی بر عملکرد سیستم تأثیر می‌گذارد. بنابراین، لازم است از روشی مناسب برای مقابله مؤثر با این عدم قطعیت‌ها استفاده شود. این پژوهش با هدف بهبود کیفیت توان سیستم توزیع انجام شده است. 

کیفیت توان شبکه الکتریکی پیچیده با کاهش انحراف ولتاژ، عدم تعادل ولتاژ و کاهش وابستگی به شبکه بهبود می‌یابد. بهینه‌سازی شاخص عدم تعادل ولتاژ و انحراف ولتاژ (VDI) به‌طور همزمان در یک شبکه پیچیده در محیطی نامطمئن با استفاده از جبران‌ساز استاتیک توزیع (DSTATCOM) انجام می‌شود. در این سیستم، از انرژی خورشیدی به‌عنوان منبع اصلی تغذیه و از خودروهای الکتریکی (EVs) به‌عنوان دستگاه ذخیره‌سازی برای کاهش میزان برق وارداتی از شبکه استفاده می‌شود.

 قیمت بهینه برق برای شارژ در زمان کم بر اساس دوره بازپرداخت برای ایستگاه‌های شارژ سریع مبتنی بر انرژی خورشیدی محاسبه شده است. دوره بازپرداخت در شش سال اول به‌دست می‌آید و سرمایه‌گذاری در ایستگاه‌های شارژ سریع خورشیدی پیشنهادی در طول ۲۵ سال عملیات پایدار خواهد بود.
 یک استراتژی مدیریت جریان انرژی بلادرنگ پیشنهاد شده است که از شبکه، واحد باتری ذخیره‌سازی انرژی (ESBU) و منابع انرژی تجدیدپذیر (RESs) برای ایستگاه‌های شارژ خودروهای الکتریکی استفاده می‌کند. هدف اصلی، حداکثر کردن استفاده از منابع تجدیدپذیر و کاهش خرید برق در دوره اوج مصرف شبکه است. با تنها پنج شارژر DC، ایستگاه‌های شارژ می‌توانند تا ۸۰ خودروی الکتریکی را شارژ کنند. استفاده از منابع تجدیدپذیر با در نظر گرفتن قیمت‌گذاری زمان استفاده از شبکه و استفاده کارآمد از واحد باتری ذخیره‌سازی به‌منظور کاهش تخریب باتری بهینه‌سازی شده است .
روش چندسطحی PSO برای همگام‌سازی پاسخ به تقاضا و منابع انرژی توزیع‌شده (DERs) در شبکه توزیع پیشنهاد شده است. این روش بر روی سیستم ۳۳ باس IEEE که توسط یک نیروگاه زغال‌سوز تغذیه می‌شود، اعمال شده است. مرحله اول بهینه‌سازی، ابعاد و مکان‌های منابع انرژی توزیع‌شده را تعیین می‌کند، در حالی که مرحله دوم، بهترین تخصیص توان را در طول همکاری بازیابی پس از بحران مشخص می‌کند. نتایج این کار نشان‌دهنده استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر در بهبود معیارهای کیفیت توان در شبکه توزیع است که منجر به کاهش ۳۲٫۷۱ درصدی انتشار CO2 در مقایسه با نیروگاه‌های زغال‌سوز می‌شود .
 یک استراتژی کنترل مبتنی بر الگوریتم MPPT کنترل‌شده با گشتاور برای حداکثر کردن توان خروجی از یک سیستم ترکیبی خورشیدی و بادی پیشنهاد شده است. همچنین از یک سیستم ذخیره‌سازی انرژی باتری برای پشتیبان‌گیری در مواقع اضطراری استفاده می‌شود. یک محدود‌کننده ابررسانای جریان خطا (SFCL) با محدود کردن جریان خطا، افت ولتاژ را جبران می‌کند. عملکرد استراتژی کنترل با مقایسه اعوجاج هارمونیک کل در ولتاژ بار با و بدون SFCL ارزیابی شده است .
 تأثیرات مزرعه خورشیدی بر کیفیت عرضه برق با استفاده از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری و اندازه‌گیری‌های میدانی از یک مزرعه خورشیدی واقعی با ظرفیت ۱٫۸ مگاوات متصل به شبکه ولتاژ متوسط بررسی شده است. توان تولیدی توسط مزرعه بر شاخص‌های کیفیت عرضه برق مانند عدم تعادل ولتاژ، تغییرات ولتاژ و اعوجاج ولتاژ تأثیر می‌گذارد. تحلیل همبستگی و رگرسیون برای بررسی روابط بین متغیرهای مختلف الکتریکی اعمال شده است .
 یک طراحی سیستم قدرت ترکیبی برای شارژ سریع خودروهای الکتریکی که بار شبکه را کاهش می‌دهد، مدل‌سازی شده است. یک مدل جامع از سیستم خورشیدی متصل به شبکه با استفاده از یک مبدل چندپورت توسعه داده شده است. یک روش کنترل حلقه بسته و مدیریت جریان توان برای دستیابی به پروفیل ولتاژ بهتر، تعادل بار و کاهش توان پیک توصیف شده است. عملکرد مبدل چندپورت پیشنهادی با استفاده از پلتفرم MATLAB ارزیابی شده است .
-یک روش مبتنی بر GIS و تصمیم‌گیری چندمعیاره (MCDA) برای مکان‌یابی ایستگاه‌های شارژ خورشیدی خودروهای الکتریکی در جزیره کیش، ایران پیشنهاد شده است. از فرآیند تحلیل سلسله‌مراتبی و الگوریتم ژنتیک برای شناسایی مکان‌ها و ظرفیت‌های بهینه ایستگاه‌های شارژ که می‌توانند تقاضای شارژ را در حداقل فاصله برآورده کنند، استفاده شده است. همچنین روشی برای مدیریت و مکان‌یابی منابع خورشیدی و ایستگاه‌های شارژ در شبکه پیشنهاد شده است.
 اثربخشی کنترل‌کننده بر اساس معیارهای متعددی مانند کاهش غیرخطی‌بودن، تنظیم جریان و ولتاژ، تعادل ولتاژ لینک DC و تکنیک‌های همگام‌سازی ارزیابی شده است. بهترین روش‌ها برای انتخاب عملکرد SHAF در یک سیستم میکروگرید پیچیده برجسته شده‌اند. یک ایستگاه شارژ سه‌فاز متصل به شبکه مبتنی بر آرایه خورشیدی ارائه شده است [۸].
 یک بهینه‌سازی تصادفی مؤثر برای مدل‌سازی پیشنهاد شده است که به نهاد کنترل اجازه می‌دهد تا ذخیره‌سازی و مدیریت منابع را با تنظیم رفتار شارژ خودروهای الکتریکی انجام دهد. این مدل با استفاده از یک استراتژی جدید برای کاهش هزینه‌های قابلیت اطمینان، هدف کاهش کل هزینه را دنبال می‌کند. همچنین از ابزار vehicle-to-grid برای حداقل‌کردن کل هزینه سیستم استفاده می‌شود. عدم قطعیت منابع خورشیدی، توربین بادی و همچنین شارژ و دشارژ خودروهای الکتریکی در نظر گرفته شده است. یک بهینه‌سازی اصلاح‌شده جستجوی سیال برای حل عملیات میکروگرید اعمال شده است .
 تقاضای توان خودروهای الکتریکی هیبریدی قابل شارژ (PHEVs) بر اساس سطح شارژ آن‌ها بهینه‌سازی شده است. مسئله بهینه‌سازی بر اساس اهداف چندگانه مانند اقتصادی، محیط زیستی و مرتبط با شبکه حل شده است. دو رویکرد مجزا برای مقابله با تغییرپذیری توان تجدیدپذیر و تقاضای PHEV اعمال شده است. ضرایب Droop ژنراتورهای قابل تنظیم و تنظیمات مرجع به‌عنوان متغیرهای کنترل اندازه‌گیری شده‌اند. از یک بهینه‌ساز ترکیبی اصلاح‌شده ذرات و گرگ خاکستری با منطق فازی برای حل مسئله استفاده شده است. این چارچوب بر روی یک واحد توزیع قدرت IEEE با ۳۳ گره ارزیابی شده است. یک میکروگرید متشکل از منابع تولید پراکنده (DGs) و ایستگاه‌های شارژ خودروهای الکتریکی به شبکه قدرت متصل شده‌اند تا مصرف انرژی محلی و آلودگی را کاهش دهند .
روش مونت‌کارلو برای پیش‌بینی تقاضای شارژ خودروهای الکتریکی اعمال شده است. هزینه مالی و نوسان بار در یک چارچوب دوهدفه توسط بهینه‌سازی ازدحام ذرات (PSO) کاهش یافته است. تأثیرات شارژ خودروهای الکتریکی بر روی سیستم توزیع ۶۹ باس IEEE تحلیل شده است تا ایستگاه‌های شارژ به‌طور استراتژیک مکان‌یابی شوند [۱۱].
 تأثیر تقاضای ایستگاه‌های شارژ خودروهای الکتریکی بر چندین ویژگی عملیاتی واحد توزیع بررسی شده است. عناصر عملیاتی متعدد سیستم توزیع در نظر گرفته شده‌اند و تلاش شده است تا ایستگاه‌های شارژ در بهترین مکان ممکن قرار گیرند. دو روش شارژ خودروهای الکتریکی، مانند شارژ در محل کار و خانه، بر روی ده فیدر توزیع که بارهای تجاری، صنعتی و مسکونی را در سطح پیش‌بینی‌شده پذیرش خودروهای الکتریکی در سال ۲۰۳۰ مدیریت می‌کنند، اعمال شده‌اند .
 مدل‌ها الگوهای واقعی سفر وسایل نقلیه را که از داده‌های سیستم موقعیت‌یابی جهانی (GPS) استخراج شده‌اند، در بر می‌گیرند. رفتارهای رانندگی GPS که نیازهای زمانی و مکانی شارژ خودروهای الکتریکی را توصیف می‌کنند، جزئیاتی درباره مسافت طی‌شده، زمان توقف و مکان‌های توقف برای هر وسیله نقلیه ارائه می‌دهند. سپس، برای محاسبه جریان توان فیدر، شبیه‌سازی‌ها نیازهای شارژ خودروهای الکتریکی را در نظر می‌گیرند. به دلیل برنامه‌های فیدر قابل اطمینان و محدودیت مدل‌ها به تجهیزات ولتاژ بالا، یافته‌های شبیه‌سازی نشان می‌دهند که تأثیرات ولتاژ minimal است.
 برای تثبیت تنظیم ولتاژ از طریق عملکرد روزانه نیروگاه‌های خورشیدی و پروفیل‌های شارژ تصادفی خودروهای الکتریکی، تحلیل‌هایی برای مطالعات ظرفیت بهینه و ادغام برای نیروگاه‌های خورشیدی و پارکینگ‌های خودروهای الکتریکی قرار گرفته در واحد توزیع محوطه دانشگاه انجام شده‌اند .
- برای تضمین پایداری و قابلیت اطمینان سیستم توزیع در مفهوم شبکه هوشمند، شبکه پیشنهادی با یک مکانیزم حفاظتی تطبیقی مجهز شده است. منابع انرژی تجدیدپذیر باید نیازهای شارژ خودروهای الکتریکی را برآورده کنند. تحلیل فنی و اقتصادی برای یک ایستگاه شارژ متصل به شبکه مبتنی بر انرژی‌های تجدیدپذیر منحصر به فرد انجام شده است تا طراحی بهینه‌ای که بتواند تقاضای روزانه شارژ را برآورده کند، شناسایی شود. اثرات فنی، مالی و محیط زیستی ایستگاه‌های شارژ خورشیدی متصل به شبکه در نظر گرفته شده‌اند. این سیستم ۷٫۷ جلسه شارژ را به‌وجود می‌آورد که ۱۳ درصد از توان موجود را مصرف می‌کند. فروش مجدد ۸۷ درصد باقی‌مانده توان به شبکه سود قابل توجهی به‌دست می‌آورد [۱۴].
یک تکنیک جدید برای اندازه‌گیری عملکرد شبکه‌های قدرت با منابع تجدیدپذیر تحت شرایط شدید معرفی شده است. تئوری شبکه پیچیده برای همبستگی شبکه‌ها برای شرایط الکتریکی مختلف از داده‌های توان واقعی در گره‌ها توسعه یافته است. پارامترهای مختلف شبکه برای ارزیابی تاب‌آوری و توانایی تحمل شبکه محاسبه شده‌اند. ظرفیت‌های پنل‌های خورشیدی با گره‌های بحرانی سیستم شناسایی شده‌اند. یک الگوریتم کارآمد پیشنهاد شده و بر روی سیستم تست ۱۲۳ گره IEEE برای بهینه‌سازی عملکرد اقتصادی یک میکروگرید آزمایشگاهی آزمایش شده است .
میکروگرید دارای یک ذخیره‌سازی ترکیبی متشکل از ذخیره‌سازی هیدروژن و بانک باتری است. برای مشاهده اثر منابع انرژی تجدیدپذیر در سیستم پیشنهادی، میکروگرید از یک منبع تغذیه قابل برنامه‌ریزی استفاده می‌کند که می‌تواند خروجی متغیر یک توربین بادی یا پنل خورشیدی را شبیه‌سازی کند. برای دستیابی به عملکرد بهینه و قوی، یک ساختار کنترل سلسله‌مراتبی که از کنترل پیش‌بین مدل استفاده می‌کند، در مقیاس‌های زمانی مختلف پیشنهاد شده است، جایی که سطح اولیه پایداری میکروگرید را تأیید می‌کند و مرحله دوم تجارت برق با شبکه قدرت و افزایش استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر را مدیریت می‌کند .

مرجع