اتصال خودرو به شبکه چیست ؟ | همه چیز درباره V2G | آسپا

با توسعه خودروهای برقی تکنولوژی‌های مرتبط به آن‌ هم در حال گسترش است. یکی از این کاربردها اتصال خودرو به شبکه (vehicle to grid) است که به اختصار به آن V2G می‌گویند. برای آشنایی بیشتر با این سیستم مقاله آقای فرید کاکولوند را که با زبانی ساده مفاهیم را بیان کرده‌اند مطالعه می‌کنیم. لطفا نظراتتان و پیشنهاداتتان را با ما در میان بگذارید.

سرفصل مطالب

مقدمه ای بر اتصال خودروها به شبکه و خودروهای الکتریکی
انواع خودروهای الکتریکی
شارژرهای هوشمند
فناوری اطلاعات در خودروی به شبکه
انواع شارژر،فواید و معایب این فناوری
سیستم ذخیره و برنامه ریزی
ماژول های تجمیع و تنظیم
باتری و تخریب آن
مسیریابی و برنامه ریزی مشترک
معادلات مسریابی و برنامه ریزی برای انجام شارژ خودروها ، تخلیه انرژی و برای انتقال قدرت دو طرفه و..
نتایج و تحلیل الگوریتم ها
نتیجه گیری و ایده پروژه

مقدمه

خودرو به شبکه (به انگلیسی: Vehicle to grid) بیانگر سیستمی است که در آن خودروهای برقی قابل شارژ توانایی مخابره اطلاعات با شبکه برق را در راستای ارائه توان الکتریکی (دشارژ)، یا تنظیم میزان شارژ خودرو دارند. [1]

خودرو به شبکه برای خودروهای برقی قابل شارژ، با امکان دریافت و ارسال انرژی امکان‌پذیر می‌باشد. از آنجایی که در بیشتر طول روز این گونه خودروها در پارکینگ هستند، امکان مناسبی برای استفاده از باتریشان فراهم می‌شود. در واقع خودروهای الکتریکی با در اختیار قرار دادن روند شارژ خودروهای خود به مدیریت شبکه برق امکان سوددهی مالی برای خود و مدیران شبکه را فراهم می‌کنند. این سیستم همچنین می‌تواند به عنوان منبع ذخیره انرژی کوتاه مدت مورد بهره‌برداری شبکه‌های توزیع برق قرار گیرد.

به عبارتی، در طول روز از سیستم انرژی خورشیدی می‌توانند انرژی برق ذخیره کنند و علاوه بر نیاز خود به نیاز برق شهری کمک کنند و هم می‌توانند از برق شهری برای شارژ خود استفاده کنند، این سیستم اغلب با حذف انرژی های نفتی و مخرب زیست محیطی کمکی خارق العاده به بشر نموده است.

شرکت AC Propulsion Inc برای نخستین بار اصطلاح V2G را برای فناوری خودرو به شبکه نام‌گذاری نمود.اتصال خودروهای الکتریکی به شبکه بحث عمده پروژه‌های تحقیقاتی امروز در سراسر دنیا می‌باشد، در حالیکه بسیاری از کشورهای جهان تا رسیدن به مرحله بهره‌برداری از این فناوری دو دهه فاصله دارند و همچنان چالش‌ها، فرصت‌ها و ساختارهای نهادی اجرایی این فناوری مورد مطالعه قرار می‌گیرند.

خودرو به شبکه درحالی‌که پشتیبان مطمئنی برای منابع انرژی تجدیدپذیر است، می‌تواند فرصت‌های جدیدی هم‌چون جبران توان راکتیو، تنظیم توان واقعی، تنظیم بار، اوج مصرف (پیک) زدایی و فیلتر کردن هارمونیک‌های جریان در اختیار شرکت‌های توزیع قرار دهد. این فناوری توانایی ارائه خدمات جانبی مانند کنترل فرکانس را داراست و می‌تواند در بهبود شاخص‌های بهره‌وری شبکه، قابلیت اطمینان و پایداری مؤثر باشد.

یکی از عمده چالش‌های پیش روی طراحان سیستم خودرو به شبکه، تأثیرات منفی چرخه‌های شارژ و دشارژ باتری، ناشی از مشارکت در سرویس خودرو به شبکه، بر روی عمر مفید باتری است. به بیان بهتر، در فرایند طراحی سیستم‌های مدیریت انرژی مبتنی بر فناوری خودرو به شبکه، می‌بایست محدودیت‌های لازم جهت کمینه کردن تأثیر منفی چرخه‌های شارژ و دشارژ در نظر گرفته شود. از دیگر محدودیت‌های موجود در پیش روی، میزان علاقه‌مندی صاحبان خودروهای برقی برای مشارکت در این شیوه جدید شارژ می‌باشد، با توجه به اینکه فردی که قرارداد V2G را برای فرایند شارژ خودروی خود انتخاب می‌کند باید در انتظار بیشتری برای رسیدن به شارژ دلخواه خود باشد. به این موانع باید مقاومت صنعت نفت و خودرو و نیز مسائل فرهنگی، سیاسی و اجتماعی را نیز افزود.[2]

دوره آنلاین آموزش تکنولوژی خودرو برقی به زبان ساده

سیستم های توزیع مدرن با نفوذ زیاد وسایل نقلیه الکتریکی کانون افزایش هستند،توجه استراتژی های شارژ وسایل نقلیه الکتریکی بر فعالیت شبکه های برق و الگوها هنگام در نظر گرفتن وسیله نقلیه به شبکه، سناریوهای بازار محور حتی می توانند تاثیر بگذارند.

در این مقاله یک پیشنهاد مشترک ارائه شده است

استراتژی برنامه ریزی مسیریابی و شارژ / تخلیه وسایل نقلیه الکتریکی برای فعالیت ناوگان وسایل نقلیه الکتریکی. به ویژه، یک چارچوب ریاضی مبتنی بر یک مسئله برنامه ریزی خطی عدد صحیح مختلط با هدف به حداکثر رساندن درآمد خودروهای الکتریکی کاربران پیشنهاد می کنیم.

این روش با استفاده از آزمون گره (آی ای ای 37) و تست تغذیه کننده نشان داده شده و آزمایش شده است.

نتایج نشان می دهد که تغییرات جزئی در الگوی رانندگی می تواند مزایایی را برای کاربران وسایل نقلیه الکتریکی فراهم کند و سبب بهبود عملکرد شبکه شود.

در میان مدت و بلند مدت، انتظار می رود که تعداد وسایل نقلیه الکتریکی تأثیر قابل توجهی در شبکه برق افزایش یابد.[3]

نتیجه گیری میشود که طراحی صحیح پویا، ارزش کلیدی در مشارکت وسیله نقلیه به شبکه است.

خودرو به شبکه شکلی از فناوری باتری به شبکه است که در مورد خودروی برقی مصداق دارد. در حال حاضر سه شکل از مفهوم خودرو به شبکه وجود دارد:

خودروی برقی دوگانه، با انرژی حاصل از سوخت قابل ذخیره، برق را به منظور استفاده شرکت توزیع در زمان اوج مصرف تولید می‌کند. در واقع در این شکل خودروی برقی به صورت منبع تولید پراکنده عمل می‌کند.

محققان نشان داده اند که ناوگان حمل و نقل یکی از بزرگترین منابع انتشار است. نفوذ به منابع انرژی تجدید پذیر و وسایل نقلیه الکتریکی راه حل های سبز برای کاهش مسائل زیست محیطی فعلی است،ما تمام جنبه های اجرای وسایل نقلیه الکتریکی به ویژه نقش های پشتیبانی کننده آنها را برای شبکه در سیستم خودرو به شبکه در نظر می گیریم. علاوه بر این ، ما ادغام ناوگان الکتریکی با منابع انرژی تجدید پذیر در شبکه هوشمند را مطالعه کرده و تأثیرات احتمالی آنها را در شبکه برق ارزیابی می کنیم، کربن زدایی حمل و نقل ناوگان در کشورهای توسعه یافته یکی از مباحث برتر در زمینه انرژی در بیشتر موارد است.[4]

خودرو اتصال برقی دوگانه‌سوز که از باتری قابل شارژ استفاده می‌کند برق مورد نیاز شبکه را در زمان اوج مصرف تولید می‌کند. این خودروهای در زمانی غیر از اوج مصرف امکان شارژ دوباره با تعرفه کمتر را دارند. در این شکل خودور به صورت سامانه ذخیره باتری توزیع‌شده عمل می‌کند.

خودروی خورشیدی که از ظرفیت شارژ خود در حالت شارژ کامل برای تأمین برق شبکه استفاده می‌کند. در این حالت خودرو به شکل منبع انرژی تجدید پذیر عمل می‌کند.[1]

ابتدا ببینیم تعریف شارژ هوشمند چیست؟ شارژ هوشمند مجموعه ای از عملکردهای هوشمند برای کنترل توان شارژ خودرو الکتریکی به منظور ایجاد یک محیط شارژ انعطاف پذیر، پایدار، کم هزینه و کارآمد است. شارژ هوشمند در کنار مزایای متعدد پتانسیل زیادی برای آینده دارد. به طور مثال شارژ هوشمند می‌تواند با کنترل توان شارژ، انعطاف پذیری شارژ، مدت زمان شارژ و جهت جریان شارژ را افزایش دهد. با انعطاف پذیری بیشتر شارژ نرخ استفاده از مبدل‌ ها و خطوط قدرت میتواند بالاتر رود که همچنین به کاهش هزینه‌ های شارژ خودرو الکتریکی کمک می‌کند. شارژ هوشمند می‌تواند بازدهی انتقال قدرت را افزایش دهد و کمک کند تا تقاضای نیرو توسط شبکه کاهش یابد. علاوه بر این با شارژ کردن خودروهای الکتریکی بر اساس نیروی خورشید و باد می‌توان آن‌ها را به محصولاتی پایدارتر تبدیل کرد. همچنین شارژ هوشمند می‌تواند جریان بازدهی جدیدی برای صاحبان خودرو الکتریکی مثل قابلیت تنظیم فرکانس فراهم کند.

برای فهم مفهوم V2G نگاهی عمیق‌تر به آن می‌اندازیم. V2G به معنی استفاده از باتری وسیله نقلیه برای بازگرداندن برق به شبکه است. به منظور تسهیل V2G به شارژهای الکتریکی چند جهتی نیاز داریم که قدرت را بین شبکه و باتری رد و بدل کند. علاوه بر شبکه انرژی باتری می‌تواند از وسیله نقلیه به خانه، ساختمان منتقل شود. V2X حالت کلی این اصطلاح است که برای تمام کاربردهای این چنینی به کار برده می‌شود. مزایای زیادی برای تکنولوژی V2X وجود دارد. اول اینکه منبع برق داخل خودرو به ویژه از منابع تجدید پذیر را فراهم میکند که منجر به کاهش انتشارات می‌شود. علاوه بر این با استفاده از منبع انرژی پیک می‌توان میزان اوج تقاضا برای برق در شبکه را کاهش داد. در کنار این موارد خودروهای الکتریکی اکنون می‌توانند در شرابط ضروری تامین قدرت به عنوان یک مولفه اساسی سیستم خدمت کنند. در نهایت سرویس های کمکی میتوانند از تکنولوژی V2X برای رسیدن به جریان های درآمدی برای مصرف کنندگان خودرو الکتریکی استفاده کنند. در حالت کلی میتوان بیان کرد که ، این سیستم می تواند فضا یا مکانی را به خود اختصاص دهد که هم انرژی را به اشتراک بگذارد،هم انرژی دریافت کند وهم انرژی را ذخیره کند، همانند یک نیروگاه یا در ابعاد کوچکتر در وسعت یک پمپ جایگاه سوخت.

ولی همزمان چالشهایی هم برای این تکنولوژی وجود دارد که هنوز حل نشده است:

اول این که V2X نیاز به شارژرهای چند جهتی دارد که بزرگ‌تر و هزینه‌برتر از شارژرهای تک جهتی هستند. ثانیا عمر کاری باتری خودرو الکتریکی به طور جزئی کاهش می‌یابد زیرا شارژ چند جهتی سیکل‌های شارژ بیشتری را در بر خواهد شد که منجر به تخریب بیشتر میشود. علاوه بر این زیر ساخت‌های فناوری اطلاعات و ارتباطات، استانداردهای مورد نیاز و چارچوب کاری و مشوق های مالی که برای اجرای V2X ضروری هستند هنوز در دست توسعه هستند.

انواع خودروهای الکتریکی

در سالهای اخیر ، انواع مختلفی از وسایل نقلیه الکتریکی در بازار به فروش رسیده است اما به طور کلی ، وسایل نقلیه الکتریکی را می توان به سه نوع تقسیم کرد: وسایل نقلیه الکتریکی باتری ، وسایل نقلیه الکتریکی هیبریدی پلاگین و وسایل نقلیه الکتریکی هیبریدی. با این وجود در مطالعه اخیر ، علاوه بر این سه مدل ، محدوده تمدید شده وسیله نقلیه الکتریکی مدل دیگری نیز ارائه شده است، هر یک از آنها ویژگی ها و ساختار خاص خود را دارد و در ادامه ما جزئیات را بر روی آنها متمرکز می کنیم.

وسایل نقلیه الکتریکی باتری (BEV- Battery electric vehicles)

وسایل نقلیه الکتریکی باتری به اتومبیل های سواری گفته می شود که کاملاً به جای موتور احتراق داخلی به بسته های باتری لیتیوم یون و موتورهای الکتریکی مجهز شده باشند. وسایل نقلیه الکتریکی باتری توسط انرژی الکتریکی ذخیره شده در باتری پشتیبانی می شوند. وسایل نقلیه الکتریکی باتری می توانند با دو روش باتری های خود را شارژ کنند ، اول اینکه از منابع خارجی مانند شبکه برق یا واحدهای منبع تجدید پذیر استفاده کنند و دوم اینکه از منابع داخلی مانند استخراج نیروی الکتریکی از فرایندی استفاده می کنند که ترمز احیا کننده نامیده می شود. از آنجا که بیشتر وسایل نقلیه الکتریکی باتری از موتورهای الکتریکی ای سی، استفاده می کنند ، برای تبدیل نیروی الکتریکی دی سی ذخیره شده در باتری به حالت ای سی به سیستم مبدل نیاز است. عواملی مانند دامنه رانندگی ، سرعت ، طول عمر باتری ، قیمت و غیره مجموعه ای از موانع برای رقابت خودروهای الکتریکی باتری با اتومبیل های احتراق داخلی است. به عبارت دیگر ، تولید این نوع وسایل نقلیه الکتریکی می تواند یک چالش بزرگ برای کارخانه ها محسوب شود.

دلایلی مانند انرژی پاک بدون آلودگی و صدا و کاهش وابستگی به سوخت از عناصر اصلی معرفی وسایل نقلیه الکتریکی باتری به عنوان گزینه مناسب برای وسایل نقلیه اتومبیل های احتراق داخلی است. با این وجود مردم در مورد عواقب خوب استفاده از وسایل نقلیه الکتریکی باتری اطلاع دارند ، طبق مطالعات اخیر کمتر از 1٪ از سهم بازار به صنعت خودروهای الکتریکی در ایالات متحده و چین اختصاص یافته است. بر اساس گزارش آژانس بین المللی انرژی در سال 2018 ، کل موجودی وسایل نقلیه الکتریکی در سال 2017 به 3.1 میلیون نفر رسیده است که تقریباً دو سوم این تعداد به وسایل نقلیه برقی باتری اختصاص یافته و همچنین ایالات متحده و چین بیشترین سهم را در سهام وسایل نقلیه الکتریکی دارند در مقایسه با سایر کشورها ، در شکل 2 می بینیم.

وسایل نقلیه الکتریکی هیبریدی پلاگین (PHEV– Plug-in hybrid electric vehicles)

وسایل نقلیه الکتریکی پلاگین هیبریدی به عنوان آخرین نسخه از وسایل نقلیه الکتریکی به بازار وارد شده اند. پلاگین هیبریدی الکتریکی را می توان ترکیبی از وسایل نقلیه برقی باتری و فناوری اتومبیل های احتراق داخلی دانست که به این معنی است که این نوع وسایل نقلیه الکتریکی متشکل از یک موتور احتراق داخلی است که سوخت را به عنوان حالت پایه و یک موتور الکتریکی خالص مصرف می کند و انرژی الکتریکی ذخیره شده را در آن مصرف می کند. باطری های قابل شارژ. با توجه به وضعیت جاده و سرعت ، وسیله نقلیه الکتریکی پلاگین هیبریدی می تواند موتور را از برق به سوخت تبدیل کند یا به راحتی معکوس کند. وسایل نقلیه الکتریکی ترکیبی پلاگین برخی از محدودیت های عملیاتی وسایل نقلیه الکتریکی باتری را از بین می برد و میزان انتشار را به جای اتومبیل های احتراق داخلی کاهش می دهد ، اما واضح است که دو موتور دارای بار پایه بیشتر و در نتیجه مصرف برق و سوخت بیشتری هستند.

وسایل نقلیه الکتریکی هیبریدی (HEV– Hybrid electric vehicles)

یکی از تفاوتهای اساسی بین وسایل نقلیه الکتریکی هیبریدی و الکتریکی پلاگین هیبریدی در مورد تأمین نیروی الکتریکی این وسایل نقلیه است. همانطور که قبلاً ذکر شد ، وسایل نقلیه الکتریکی هیبریدی پلاگین مجهز به موتوراتومبیل های احتراق داخلی موتور الکتریکی و باتری لیتیوم یون هستند که با اتصال به شبکه برق شارژ می شوند ، در حالی که خودروی الکتریکی هیبرید از دو سیستم پیشرانه مکمل تشکیل شده است که با هم کار می کنند همان زمان. در سیستم اول ، وسیله نقلیه الکتریکی هیبرید با موتور بنزینی کار می کند که خودرو را به تنهایی کار می کند و سیستم دوم به موتورهای الکتریکی پشتیبانی کننده و مکمل و باتری های الکتریکی اشاره دارد که از طریق ترمز احیا شده شارژ می شوند. خودروهای الکتریکی هیبریدی برای شارژ مجدد باتری های خود از طریق منابع خارجی مانند شبکه برق طراحی نشده اند. موتورهای الکتریکی قدرت اضافی را برای پشتیبانی از موتور بنزینی در شرایط ضروری مانند شتاب دادن یا عبور و همچنین در هنگام سرعت پایین که موتور بنزینی کمترین بازده را دارد ، موتورهای الکتریکی می توانند به تنهایی کار کنند و نیروی محرکه خودرو را فراهم می کنند. یک سیستم شروع / خاموش شدن خودکار که استارت استوپ نامیده می شود برای خاموش کردن موتور هنگامی که راننده قصد توقف خودرو را دارد اجرا می شود و با فشار دادن پدال گاز دوباره آن را دوباره راه اندازی می کند. این سیستم از مصرف انرژی بالاتر از حد مورد نیاز خودداری می کند.

وسیله نقلیه الکتریکی با برد گسترده (EREV– Extended range-electric vehicle)

وسیله نقلیه الکتریکی با برد گسترده یا وسایل نقلیه برقی با دامنه گسترده فناوری جدیدی مبتنی بر سیستم ذخیره انرژی با انتشار صفر است که مجهز به واحد کمکی پشتیبان است که می تواند تا زمان تخلیه کامل دستگاه انرژی ذخیره سازی به مدار وارد شود. خصوصیات اصلی وسایل نقلیه الکتریکی برد گسترده ، انتشار کم و آلودگی هوا و همچنین دوام و مسافت پیموده شده بالاتر در مقایسه با سایر انواع وسایل نقلیه برقی است. خودروی برقی با برد گسترده از پشت باتری های پلاگین ، موتور الکتریکی و موتور احتراق داخلی تشکیل شده است. در این حالت ، موتورهای الکتریکی همیشه چرخ ها را به حرکت در می آورند و موتور خودروهای درون سوز هنگام تخلیه بسته های باتری را شارژ می کنند. موتور کمکی موتورهای احتراق داخلی نمی تواند مستقیماً ماشین را رانندگی کند زیرا به چرخ ها متصل نیست. یک پیکربندی ساده از سیستم وسایل نقلیه الکتریکی برد گسترده در شکل زیر نشان داده شده است.[4]

شکل3.پیکربندی خودروی الکتریکی برد گسترده

شارژرهای هوشمند

فناوری V2G با توجه به محدودیت‌های تکنولوژیکی اکنون برای شارژرهای AC ممکن نیست. دلیل این است که شارژهای on board چند جهتی برای V2G نیاز است ولی اکثر خودروهای الکتریکی موجود شارژر یک جهتی on board دارند. به علاوه V2X نیاز به سطح ارتباطی بالاتری بین خودرو الکتریکی و شارژر دارد و این امر توسط ارتباطات ساده PWM در نوع ۱ و ۲ شارژرهای AC برآورده نمی‌شود. اما اکنون شارژرهای off board چند جهته DC برای کاربردهای V2G استفاده می‌شوند که از سطوح ارتباطی بالاتر بین خودرو الکتریکی و شارژر با استفاده از PLC یا CAN بهره می‌گیرند.

با درک ابتدایی از شارژ هوشمند و V2G حال نگاهی به کاربردهای آنها می‌اندازیم. ۱) شارژ هوشمند میتواند به متعادل شدن نیرو و بار الکتریکی داخلی کمک کند و این از دو راه می‌تواند انجام شود : شکاف زمان شارژ را بر اساس بار موجود در شبکه تغییر و انتقال داد یا اینکه چندین نقطه شارژ با اولویت را متعادل کرد. ۲) شارژ هوشمند می‌تواند استفاده و در نتیجه آن کاربرد انرژی های تجدید پذیر در شبکه را افزایش دهد. ۳) شارژ هوشمند می‌تواند بر اساس قیمت برق شارژ کردن را تسهیل کند چراکه هزینه های شارژ کردن را کاهش می‌دهد. علاوه بر این شارژ هوشمند می‌تواند به عنوان محافظ پشتیبان شبکه به کار گرفته شود.

حال به صورت موردی کاربردهای شارژ هوشمند را بررسی خواهیم کرد.

کاربرد متعادل کردن نیروی انتقال شکاف زمان و تنظیم کردن سطح قدرت شارژ بر اساس ظرفیت شبکه و شرایط باری داخلی است. به طور مثال زمانی که بار روی شبکه پایین است، سطح قدرت شارژ خودروی الکتریکی میتواند افزایش یابد.

همینطور اگر سطح بار افزایش یابد سطح قدرت شارژ خودروی الکتریکی کاهش می یابد. در نهایت اگر بار شبکه بیش از حد افزایش یابد فرآیند شارژ می‌تواند متوقف شود و تا زمانی که بار شبکه به حالت عادی برگردد متوقف باقی بماند. با محدودیت‌های ماکزیمم قدرت برای شارژ خودروها،‌ شارژ هوشمند می‌تواند چندین خودرو را با اولویت شارژ کند یا قدرت هر خودرو را طوری تنظیم کند که همه یکسان و قدرت همه روی هم به اندازه ماکزیمم حد باشد.[1]

با شارژ هوشمند حتی می‌توان چند خودرو را بر اساس بار مورد نیاز و اولویت با استراتژی های مختلفی شارژ کرد. شارژ هوشمند میتواند بر اساس محصولات انرژی تجدید پذیرکه از ژنراتورهای خورشیدی و بادی حاصل می‌شود به کنترل قدرت خودرو کمک کند. به عنوان مثال می‌بینیم که قدرت شارژ هوشمند که با نقطه چین آبی مشخص شده است تابعی از نمودار تولید انرژی خورشیدی و انرژی بادی است که ترتیب با خطوط قرمز و سبز مشخص شده‌ اند. علاوه بر کاربردهای شارژ هوشمند با استفاده از تکنولوژی V2G ، خودروهای الکتریکی می‌توانند به عنوان یک منبع قدرت بزرگ مورد استفاده قرار گیرند تا محصولات مختلف انرژی های تجدید پذیر را متعادل کند. حال به بررسی قیمت و هزینه‌های شارژ هوشمند می‌پردازیم. در نمودار مشاهده می‌شود زمانی که قیمت برق پایین است قدرت شارژ افزایش می‌یابد و این مقدار زمانی که قیمت برق بالاست کاهش می‌یابد یا متوقف می‌شود.

علاوه بر این مشتریان می‌توانند سود بیشتری زمانی که V2G به کار برده می‌شود ببرند. به طور مثال ما می‌توانیم زمانی که قیمت برق پایین است خودروها را شارژ کنیم و زمانی که قیمت برق بالاست شارژ خود را با V2X تخلیه کرده و به شبکه و ساختمان انتقال دهیم. در رابطه با حذف پیک اوج مصرف، چند خودروی الکتریکی می‌توانند به عنوان منبعی برای شبکه عمل کنند. با شارژ کنترل شده خودرو الکتریکی می‌تواند توسط انرژی تجدید پذیر اضافی شارژ شود و با V2G در زمان اوج مصرف شبانه به شبکه تغذیه شود. با این کار پیک های تولیدی و مصرفی هر دو جابجا می‌شوند و شکاف زمانی برای تامین باتری خودرو به خوبی هماهنگ می‌شوند.

در آینده خودروهای الکتریکی پشتیبان شبکه برق باشند. در صورتی که قطعی برق کوتاه باشد خودرو الکتریکی می‌تواند به شبکه برق و خانه‌های ما وصل شود و برق اضطراری را با V2G فراهم کند..

ارتباط فناوری اطلاعات با این فناوری

شرایط ایده‌آل در رابطه با شارژ خودرو الکتریکی این است که مثل تلفن‌های همراه بتوان آن‌هارا در هر نقطه‌ای از دنیا و بدون پرداخت هزینه اضافی شارژ کرد. اگر بتوان هزینه‌های شارژ خودرو الکتریکی مثل تلفن های همراه در قالب یک قبض پرداخت کرد مسیر رسیدن به سیستم حمل و نقل الکتریکی هموارتر می‌شود. همچنین خودرو الکتریکی باید قادر باشد تا بطور خودکار در هر شبکه ای تایید اعتبار کند و بتوان به راحتی آن را شارژ کرد. کلید رسیدن به این مرحله استانداردهای آزاد است که شبیه به آن را در دنیای اینترنت داریم. چنین استانداردهای بازی با جلوگیری از قفل شدن و امکان ورود افراد و شرکت های جدید، رقابت را امکان پذیر می کند که بدین ترتیب نوآوری را به دنبال خواهد داشت. این استانداردها دو صنعت بزرگ و قدیمی روی زمین یعنی انرژی و تحرک را به هم وصل خواهد کرد.

برای فهم بهتر مواردی که ذکر شد با یک مثال ساده درباره شارژ یک خودرو الکتریکی در خانه شروع می‌کنیم. فرض کنید شما یک شارژر اختصاصی دارید که توسط یک اپراتور از راه دور کنترل می‌شود. برای اینکار شما به تولید کننده خودرو الکتریکی و ایستگاه شارژ نیاز دارید که تحت عنوان تجهیزات تامین کننده خودرو نیز شناخته می‌شود. برای برقراری ارتباط خودرو الکتریکی با شارژر معمولا پروتکل IEC 61851 به کار گرفته می‌شود. زمانی که پروتکل ISO 15118 به کار گرفته شد ویژگی‌های جدیدی در دسترس قرار گرفت. ایده هایی مثل تشخیص هویت و شارژ هوشمند، حتی انتقال انرژی از خودرو به شبکه که به صورت خودکار توسط خودرو انجام می‌شود در پروتکل ISO قرار دارد. شاید تمام این ها ساده به نظر برسد ولی اجرایی کردن این موارد در عمل نیازمند این است که ایستگاه‌های شارژ با کنترل از راه دور توسط اپراتور کنترل شود. حال به بررسی عملکردهایی می پردازیم که برای این امر ضروری است :‌ اول اندازه گیری مصرف برق خودرو الکتریکی است که امری کارامد برای گرفتن مالیات و پس گرفتن پول از شرکت است. سپس عیب یابی از راه دور فرآیند شارژ و به روز رسانی سیستم عامل برای رفع اشکالات یا اضافه کردن قابلیت ها است. این موارد تصویر را پیچیده‌ تر می‌کند زیرا نیاز داریم تا اپراتور شارژ را به آن اضافه کنیم. این بخشی است که از کنترل از راه دور استفاده میکند. استاندارد این مورد OCPP است که مخفف Open Charge Point protocol می باشد. می خواهیم قضیه را کمی پیچیده تر کنیم و مشتری خودرو الکتریکی را درخانه شارژ نکند و فرض کنید شما به سمت مقصدی در حال رانندگی هستید و ایستگاه شارژ عمومی جای دیگری است. در اینجا با مشکلی روبه رو می شویم که در ایستگاه های شارژ مختلف اپراتورهای مختلفی هم حضور دارند و ما اپراتور ایستگاهی که به سمت آن در حرکتیم را نمیشناسیم. برای دریافت یک قبض در آخر ماه شما نیاز به یک شناسه کاربری دارید که در حال حاضر کارت شارژ است، اما در آینده این امر احتمالا با یک نرم افزار عملی خواهد بود. این امر توسط بخشی ارائه شده است که به عنوان ارائه دهنده خدمات تحرک خودرو الکتریکی شناخته میشود. این به شما امکان استفاده از کارت شارژ را در هر ایستگاه شارژی و با هر اپراتوری می دهد.

cpo(charge point operator),EMPS(E-MOBILITY SERVICE PROVIDER)

این ارتباط برای تشخیص هویت است که شامل انتقال داده های صورتحساب از CSO به EMSP می شود، بنابراین EMSP می تواند یک قبض برای شما فراهم کند. اگر می خواهید رومینگ به شبکه های دیگر را فعال کنید و از تکنولوژی هایی نظیر Bitcoin یا blockchain استفاده نمی کنید شما نیاز به یک فضای پاکسازی (clearing house) خواهید داشت. ۴ راه برای تسهیل رومینگ در تصویر قابل مشاهده است. همانطور که مشاهده می کنید پروتکل های مختلفی در دسترس اند و شما حق انتخاب دارید که آن را با یا بدون فضای پاکسازی انجام دهید. نکته ای که در اینجا ذکر نشده این است که به اندازه ی یک شارژ را از قبل رزور می کند و شما زمانی که به آنجا می روید متوجه خواهید شد که در دسترس است. این امر زمانی شدنی است که رزرو کردن و اطلاعات مربوط به ایستگاه شارژ باید در دسترس باشد و این به معنی ارائه اطلاعات بیشتر در مور شارژ خودرو و البته تعرفه و در دسترس بودن است. این نمونه ای از اطلاعات است که می تواند با استفاده ار پروتکل های رومینگ تهیه شود ولی هنوز به طور گسترده به کار برده نمی شود. بارزترین نمونه و مورد آخری که می خواهم اشاره کنم شارژ هوشمند است که وقتی به سمت شبکه های هوشمند برویم به یک امر طبیعی تبدیل خواهد شد. شارژ هوشمند یعنی شما به محض وصل کردن کابل شارژ به صورت اتوماتیک و با بیشترین سرعتی که ممکن است شارژ نمی کنید ولی در عوض عوامل بیشتری وارد بحث می شوند. برای مشتری به معنی شارژ در زمانی است که قیمت در پایین ترین حد خود قرار دارد و برای سیستم برق به معنی شارژ شدن در هنگامی که شبکه بارگذاری بیش از حد ندارد است. برای جامعه به معنی استفاده از انرژی تجدید پذیر به بهترین وجه ممکن است.

از آنجایی که خودروها باتری های بزرگی دارند و از انرژی زیادی استفاده می کنند ولی همچنین ۲ تا ۳ ساعت در روز به طور میانگین فعالیت می کنند و شارژ هوشمند پتانسیل فوق العاده ای را ارائه می دهد. مدل SparkCity نشان می دهد که در هلند اگر فناوری V2G را اجرایی کنیم و اگر بیش از ٪۲۰ خودروها الکتریکی باشند و قابلیت شارژ هوشمند هم داشته باشند، عدم مطابقت بین عرضه و تقاضا می تواند به طور کامل حذف شود. این امر همچنین زمانی که انرژی از پنل های خورشیدی و توربین های بادی تامین شود صحیح است. البته من در مورد نوسانات فصلی صحبت نمی کنم اما به طور روزانه قدرت خودروهای الکتریکی برای پایداری شبکه بسیار زیاد است.[1]

با شارژ هوشمند، ذی نفعان در شبکه برق به طور کامل وارد بازی می شوند. اپراتور سیستم توزیع (Distributed system operator or DSO) برق محلی را تامین می کند و باید مراقب ولتاژ و شبکه محلی باشد. اپراتور سیستم انتقال (Transmission system operator or TSO) برق را در فواصل طولانی منتقل می کند و باید مراقب فرکانس و تراکم شبکه در مناطق بزرگتر باشد. بخش مسئول برقراری تعادل (balance responsible party or BRP) نقش قانونی است که تمام مناقصه هایی را که برای عرضه و تقاضا در شبکه برق مطرح است شامل می شود که بسیار دارای اهمیت است زیرا همیشه باید در تعادل ٪۱۰۰ باشد. پروتکل های شارژ هوشمند هنوز کاملا مشخص نیست اما بسیاری از تحولات در حال وقوع است. به طور مثال اخیرا مقاله ای درباره همکاری عالی بین OCPP و OpenADR منتشر شده است که به طور گسترده در آمریکا استفاده میشود. در نتیجه صنایع میتوانند از زیرساخت های OpenADR استفاده کنند و با اتصال آن به OCPP نقاط شارژ، آنها از لحاظ فنی می توانند شارژ هوشمند همه وسایل نقلیه متصل را شروع کنند.

IEEE 2030.5 پروتکل جالب دیگری است که هدف آن در حال حاضر در درجه اول پیدا کردن راه حل هایی برای شارژ هوشمند شبکه در خانه است. اگرچه شارژ هوشمند هنوز عملی نشده است و در حال حاضر پروتکل ها پشتیبانی محدودی از آن دارند. OCPP 2.0 کاملا جدید است و شارژ کاملا هوشمند را فراهم می کند اما فقط چند مورد عملی وجود دارد که از وضعیت واقعی شارژ و زمان اتمام شارژ خودرو الکتریکی استفاده می کند. یک مسئله این است که اکثر خودروهای الکتریکی وضعیت شارژ خود را به نقطه شارژ ارتباط نمی دهند و شما هرگز متوجه نخواهید شد که باتری چقدر پر است. مورد دیگر این است که مصرف کنندگان عمدتا زمان پایان شارژ را نمی دانند اگرچه می توان آن را پیش بینی کرد. علاوه بر این جنبه های انرژی تجدید پذیر هنوز در پروتکل ها و عملکرد مورد توجه قرار نگرفته است اما با افزایش تصدیق وسایل نقلیه الکتریکی و منابع انرژی تجدید پذیر مثل خورشید و باد، اهمیت شارژ هوشمند نیز افزایش می یابد.[1]

در آخر به بررسی دو جدول مهم می پردازیم که موارد پشتیبانی را با جزئیات بیشتری مورد بحث قرار می‌دهد. جدول اول پروتکل های مختلف و عملکرد پشتیبانی شده فعلی آن ها را نشان می دهد. جدول بعدی تکامل، پذیرش بازار، قابلیت همکاری و باز بودن پروتکل ها را به صورت خلاصه نشان می دهد. دو مثال : OCPP می تواند برای برقراری ارتباط بین نقطه شارژ و اپراتور نقطه شارژ مورد استفاده قرار گیرد که این تنها برنامه کاربردی است. اما در این منطقه تکامل، قابلیت همکاری، پذیرش بازار، باز بودن و ابزار تست از امتیاز بالایی برخوردار است که متاسفانه گواهی نامه رسمی هنوز صادر نشده است. علاوه بر این نسخه 2.0 اکنون در دسترس است. OCPI می تواند هم برای شارژ هوشمند و هم رومینگ به کار گرفته شود اما در ظرفیت دوم چیزهای بشتری برای ارائه دارد.

تقسیسم بندی انواع شارژ

بر اساس تقاضای شبکه و محل قرارگیری ایستگاه های شارژ ، وسایل نقلیه الکتریکی در این فرایند هماهنگ شده و انرژی خود را به شبکه آزاد می کنند ، بنابراین مشخص خواهد شد که وسایل نقلیه غیرهماهنگ می توانند باعث آشفتگی شبکه شوند زیرا هنگام اتصال به شبکه بدون در نظر گرفتن شارژ ، کاملاً شارژ می شوند زمان اوج و ترک شارژ زودتر. وسایل نقلیه الکتریکی هماهنگ را می توان به سه روش در شبکه هوشمند تعریف کرد: ارسال سیگنال به همه وسایل نقلیه یک به یک ، ارسال سیگنال به کنترل کننده مرکزی که می تواند وسایل نقلیه الکتریکی را در یک مرکز (مانند پارکینگ) مدیریت کند و یک تجمع شخص ثالث وسایل نقلیه مستقر را مدیریت می کند.[5]

مفهوم مهم دیگر در فناوری سیستم حمل و نقل به شبکه ، جمع کننده ها هستند که به عنوان یک انرژی خدمتکار عمل می کنند. اثرات و نقش یک وسیله نقلیه الکتریکی مجزا و براساس مادی بسیار ناچیزاست ،بنابراین جمع کننده ها، واحدهای مرکزی برای ایجاد زنجیره ای از وسایل نقلیه الکتریکی برای نظارت ، کنترل و پشتیبانی از شبکه با ارائه خدمات جانبی هستند. گردآورندگان باید برای تأمین تقاضای رانندگی ، تنظیم فرکانس و کسب سود ، از یک مجموعه استراتژی اعزام پیروی کنند.

مزایا و معایب استفاده از وسایل نقلیه الکتریکی

همانگونه که می دانید،انرژی های فسیلی و موجود در طبیعت برای بقای بشر استفاده می شوند،استفاده از باد که توسط یک چرخه زیست محیطی برای تغییر وضعیت آب و هوایی و تبدیل وضعیت چرخه حیات استفاده میشود، ولی این این انرژی خدادادی توسط انسان می تواند زمینه ساز انرژی و توربین های بادی شود که جریان الکتریکی را بوجود آورد و از این انرژی الکتریکی میتوان به تولید وسایل نقلیه کمک کرد، از دیگر انرژی های خدادادی به انرژی گرمایی و خورشیدی میتوان نام برد، که در علم الکترونیک به سلول های خورشیدی و یا فتوولتاییک اشاره کرد که در این زمینه میشود با ایجاد این سلول ها بروی خودروهای الکتریکی توان انرژی ایجاد کرد، به نوعی با این پتانسیل میتوان انرژی دریافت کرد، حال با توجه به این دو انرژی که در مناطق گرمسیری کاربرد فراوان دارد میتوان انرژی زایی کرد.

از معایب استفاده از انرژی الکتریکی میتوان به فشار بارالکتریکی به شبکه برق شهری نام برد، به فرض مثال چناچه در فصل سرد سال، هوا ابری و بارانی باشد ، انرژی خورشیدی کمتری استفاده میشود و استفاده از باتری به دلیل احتمال تخلیه انرژی و برای تامین شارژ لازم در این موقعیت، صرفا توسط بار الکتریکی شهری استفاده میشود که چناچه برای تامین گرمای لازم از این انرژی استفاده شود( ویا برای نیروگاه های گازی برای تامین سوخت رسانی) قطعا بار زیادی استفاده میشود که در این شرایط، استفاده از برق شهری را ناممکن میسازد و این یک معایب اساسی می باشد، این دیدگاه سبب شده خودرو سازان برتر دنیا کمتر رغبتی به این انرژی نشان دهند ولی با بررسی های لازم جهت برطرف کردن معایب این صنعت، قطعا دنیا دچار تغییرات بزرگی خواهد شد.

سیستم ذخیره سازی و برنامه ریزی

با توجه به تنوع در منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی باد و خورشیدی ، برای ذخیره بار اضافی و آزادسازی آن در صورت لزوم ، به سیستم های ذخیره انرژی حمایتی نیاز است. سیستم ذخیره انرژی ساکن، مجموعه ای از باتری های برقی ، ذخیره انرژی هیدروژن ، کمپرسورهای هوا و فلایویل است که بر اساس تقاضا طراحی شده و برای اصلاح ظرفیت برای پشتیبانی شبکه از شبکه و ترکیب با منابع انرژی تجدیدپذیر نصب شده است. با این حال ، اتصال وسایل نقلیه الکتریکی هیبریدی و خودرو به شبکه یکی دیگر از فناوری های مکمل است که برای اهداف مختلفی مانند کاهش انتشار ، تحرک ، ادغام با منابع انرژی تجدید پذیر و غیره استفاده می شود. اجرای پلاگین در وسایل نقلیه الکتریکی هیبریدی به عنوان یکپارچه سازی سیستم با منابع انرژی تجدیدپذیر با ذخیره انرژی ثابت برای همان هدف تفاوت اساسی دارد.

در ذخیره انرژی ثابت ، حالت شارژ و تخلیه تابعی از ظرفیت سیستم است و تنها محدودیت برای این سیستم ظرفیت ذخیره انرژی آن است ، اما در سیستم انتقال وسیله نقلیه به سیستم شبکه بسیاری از فاکتورهای دیگر برای ادغام با منابع انرژی تجدیدپذیر باید رعایت شود. به عنوان مثال ، وسایل نقلیه الکتریکی موجود در سیستم وسیله نقلیه به شبکه با حالت های مختلف شارژ به شبکه متصل می شوند و تعداد وسایل نقلیه الکتریکی از یک زمان به زمان دیگر متفاوت است ، یا هر یک از وسایل نقلیه الکتریکی الگوی رانندگی خود را دارند که شارژ آن باقی مانده است برای تأمین تقاضای تحرک. بنابراین ، انعطاف پذیری وسیله نقلیه به سیستم شبکه کمتر از ذخیره انرژی ثابت است اما مزایای سیستم خودرو به شبکه با مزایای ذخیره انرژی ثابت معادل نیست.[6]

نویسندگان ویژگی های معادل سیستم های ذخیره سازی الکتریکی را در شبکه وسایل نقلیه و سیستم ذخیره انرژی ثابت تجزیه و تحلیل می کنند تا اثرات آنها را در شبکه در موضوعات مختلف مانند میزان انتشار ، استفاده از انرژی های تجدید پذیر و تعادل عملکرد نیروگاه ارزیابی کنند. نتایج این مطالعه را می توان به شرح زیر خلاصه کرد:

1.سیستم های ذخیره سازی مبتنی بر وسیله نقلیه به شبکه برای استفاده از انرژی تجدید پذیر موجود در مقایسه با ذخیره انرژی ثابت کارایی بیشتری دارند.

2.سیستم ذخیره سازی مبتنی بر وسیله نقلیه به شبکه به دلیل داشتن الگوی مختلف رانندگی از وسایل نقلیه الکتریکی ، توانایی تعادل بخشیدن به امکانات نیروگاه را دارد تا ذخیره انرژی ثابت.

3.قابلیت تخلیه سیستم ذخیره سازی مبتنی بر شبکه برای وسایل نقلیه دامنه وسیعی از مزایا مانند انتشار و متعادل سازی سیستم شبکه را نسبت به حالت شارژ سنتی فراهم می کند.

4.سیستم ذخیره سازی مبتنی بر شبکه می تواند مزایای خاص خود را داشته باشد در صورت وجود امکانات کافی و مناسب و محل کار برای وسایل نقلیه الکتریکی برای اتصال به شبکه و جذب اوج انرژی تولید شده توسط خورشید در طول روز ، در غیر این صورت سیستم ذخیره انرژی ساکن کارآمد نیست.

عملکرد و دوام سلول های سوختی هیدروژن و اثرات آن بر روی سیستم حمل و نقل به شبکه را تجزیه و تحلیل کرده اند. نویسندگان یک امکان فنی برای وسایل نقلیه الکتریکی مجهز به سلول سوختی هیدروژن و ارتباط آنها با یک ساختمان مسکونی برای رسیدن به یک اتوبوس با انتشار صفر ارائه می دهند. این سیستم در یک نمونه کوچک (یک خانه و یک وسیله نقلیه الکتریکی با سلول سوختی هیدروژن) آزمایش شده و تمام احتمالات مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. در یک شبیه سازی که توسط 10 خانه و 5 وسیله نقلیه الکتریکی در طول یک سال انجام می شود ، تمام روابط بین بازیگران اصلی در این سیستم تجزیه و تحلیل می شود. در این شبیه سازی افرادی که در این خانه زندگی می کنند می توانند یک جریان ثابت برق بین 0 تا 10 کیلووات از سیستم وسایل نقلیه الکتریکی دریافت کنند. در طول روز ، تمام فعالیت های الکتریکی مانند سیستم های پخت و پز ، سرمایش و گرمایش توسط فتوولتائیک پشتیبانی می شوند و در دسترس بودن وسایل نقلیه الکتریکی ، آنها می توانند به شبکه متصل شوند. در این حالت ، اگر توان تولید شده توسط وسایل نقلیه الکتریکی کافی باشد ، توان اضافی می تواند شبکه برق را تغذیه کند ، اما در سایر موارد وقتی برق ذخیره شده در وسایل نقلیه الکتریکی نمی تواند تقاضای خانه ها را تأمین کند ، بنابراین نیروی مورد نیاز مصرف می شود از وسیله نقلیه شبکه به شبکه.طبق مطالعه [7]

ساختمانها عمده ترین مصرف کننده انرژی هستند که حدود 40٪ از کل انرژی تولید شده را مصرف می کنند. بنابراین ، مدیریت انرژی در ساختمان ها می تواند هدف خوبی برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و از بین بردن ردپای کربن و کارآمد کردن مصرف انرژی باشد. در این حالت ، بسیاری از فناوریهای جدید در این ساختمانها اجرا می شود تا تمام مزایای پیش بینی شده را برآورده کند و عواقب خوبی را به دنبال داشته باشد که این نوع ساختمانها “ساختمانهای هوشمند” نامیده می شوند. یک مفهوم مهم در این زمینه پاسخ به تقاضا است که بر برنامه ریزی ، پیاده سازی و نظارت بر کلیه فعالیتهای مربوطه متمرکز است تا بر عادتهای مصرف کنندگان نهایی تأثیر بگذارد و بازدهی مفیدی داشته باشد.[8]

ساختمانهای هوشمند به کاربران نهایی انرژی اجازه می دهد تا به عنوان تولید کننده انرژی عمل کرده و از شبکه در شرایط اضطراری پشتیبانی کنند.یعنی اینکه این ساختمان ها در درجه اول به شبکه برق شهری وصل هستند، در درجه دوم از یوپی اس ها و شارژرهای صنعتی استفاده می کنند و درجه سوم میتوانند از فتوولتاییک کار کنند و در درجه چهارم از تبادل انرژی توسط اتوبوس های شهری و یا وسایل نقلیه الکتریکی استفاده کنند.

در پیل سوختی ، واکنش هیدروژن و اکسیژن می تواند برق ، گرما و آب تولید کند ، بنابراین با استفاده از این نوع سوخت ها در صنعت و سایر بخشهای مصرف کننده ، می توان انتشار گازهای گلخانه ای را کاهش و از بین برد. بنابراین ، آنها برای مدت زمان کوتاهی قابل استفاده برای پشتیبانی از شبکه و جلوگیری از نوسانات به دلیل ماهیت متناوب منابع انرژی تجدید پذیر هستند.

وسایل نقلیه الکتریکی شرکت شده در سیستم وسیله نقلیه به شبکه می توانند بر الگوی تقاضای برق و تأمین تأثیر بگذارند. برای داشتن تأثیرات مثبت و کارآمدتر بر روی شبکه برق ، وجود یک مدیریت موثر وسایل نقلیه الکتریکی بر اساس ارتباطات ، اطلاعات و فناوری ها عملکرد اصلی شبکه هوشمند خواهد بود.[9]

اجرای شبکه هوشمند در سه بعد دارای پیامدهای مثبتی است ، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است. اول ، این سیستم با ادغام وسایل نقلیه الکتریکی و استفاده از انرژی های تجدید پذیر مانند باد و خورشید می تواند آلودگی هوا و انتشار گازهای گلخانه ای را کاهش دهد. دوم اینکه ، این سیستم می تواند با توزیع نیرو بر اساس خودرو به شبکه و شبکه به فناوری خودرو ، عملکرد و کارایی شبکه را افزایش دهد و سرانجام در کل این سیستم می تواند رضایت مشتریان نهایی و کارایی عملیاتی را افزایش دهد[10]

شکل 8 ارتباط خودروهای الکتریکی با شبکه هوشمند

برای داشتن چنین پیامدهای مثبتی ، یک سیستم یکپارچه برای مدیریت تقاضا و عرضه مورد نیاز است. شبکه عصبی مصنوعی و سیستم استنتاج فازی مبتنی بر شبکه تطبیقی کنترل کننده هوشمندی هستند که با استفاده از تکنیک های فازی برای کنترل سیستم در دو حالت شبکه از فناوری به وسیله نقلیه و خودرو به شبکه طراحی شده اند. اندازه گیری دقیق وضعیت شارژ برای تعیین ظرفیت و انرژی ذخیره شده در باتری و جلوگیری از آسیب های احتمالی مانند عمق تخلیه بیش از حد و همچنین شارژ بیش از حد مهم است.[11]

ورودی های کنترل کننده هوشمند شامل دو نوع اطلاعات مستقیم و غیرمستقیم برای شبکه و باتری است. کنترل کننده های قبلی شارژ عملکرد محدودی دارند اما در کنترل کننده پیشنهادی ، همه الزامات برآورده می شوند. عملکرد اصلی هدف این مطالعه ، تجزیه و تحلیل مکان مناسب پارکینگ های هوشمند و همچنین تعیین اندازه منابع انرژی تجدیدپذیر به منظور کاهش اتلاف انرژی کل و همچنین معرفی یک کنترل کننده عملیاتی هوشمند و برای بهینه سازی روند خودرو به شبکه و شبکه به سیستم وسیله نقلیه هوشمند.

در بسیاری از مطالعات ، نویسندگان بر روی منابع انرژی تجدیدپذیر در شبکه هوشمند و ادغام آن با وسایل نقلیه الکتریکی تمرکز کرده اند تا بار پیک را به جای اوج تقاضا کاهش دهند. کمبود نمونه های واقع گرایانه از شبکه های هوشمند و وسایل نقلیه الکتریکی ، روابط آنها و تأثیرات احتمالی آنها برای تحقق بخشیدن به کارایی این سیستم وجود دارد که بسیاری از مطالعات یک روش قطعی را با یک سناریوی ممکن همزمان مورد تجزیه و تحلیل قرار می دهند.[12]

یک نمونه کوچک از میکرو شبکه هوشمند در نظر گرفته شده است که متشکل از یک ساختمان اداری و عناصر پاسخگویی به تقاضای متصل مانند پانل های فتوولتائیک ، سیستم های ذخیره سازی و برخی از وسایل نقلیه الکتریکی برای شارژ و تخلیه است. در این شبیه سازی ، الگوهای متحرک خودروهای الکتریکی به عنوان مدل تصادفی تحلیل شده و تولید فتوولتائیک تحت عدم قطعیت صورت می گیرد. همچنین یک برنامه ریزی خطی عدد صحیح مختلط برای تجزیه و تحلیل ساختار سیستم مدیریت انرژی تحت عناصر متصل مانند خودرو به شبکه ، شبکه به وسیله نقلیه ، وسیله نقلیه تا ساختمان ، فتوولتائیک و سیستم اندازه گیری و در سناریوهای مختلف برای یافتن بهینه بودن سیستم و ایجاد تعادل پیشنهاد شده است.علاوه بر این ، شرایطی که برق اضافی وجود دارد و سیستم می تواند آن را دوباره به شبکه بفروشد بررسی می شود.

شارژ ناهماهنگ با افزایش اتلاف انرژی ، اوج تقاضا و بارگذاری بیش از حد ، می تواند شبکه برق را دچار مشکلات جدی کند. یک راه حل برای متعادل سازی سطح تقاضا و عرضه ، توسعه سیستم شبکه ای است که گران است و به بودجه زیادی نیاز دارد. یک روش کارآمد دیگر ایجاد یک برنامه مناسب برای شارژ هماهنگ وسایل نقلیه الکتریکی است که به دو روش تقسیم می شود: برنامه شارژ روز قبل خودرو الکتریکی و برنامه شارژ در زمان واقعی خودرو الکتریکی.

در برنامه شارژ روز قبل ، جمع کنندگان نقش مهمی در تصمیم گیری در مورد پیشنهادات دارند. تصمیمات پیشنهادی مناقصه جمع شده و تأیید شده برای تأیید نهایی به اپراتور سیستم توزیع ارسال می شود و سپس اپراتور سیستم توزیع برای دستیابی به توافق مناقصه با جمع کنندگان مذاکره می کند. در این روش می توان اطلاعاتی از قبیل در دسترس بودن و مصرف وسایل نقلیه الکتریکی را بدست آورد اما این اطلاعات به دلیل عدم اطمینان از تحرک خودروهای الکتریکی نامشخص است.

برای داشتن یک مدیریت انرژی عملی ، برنامه ریزی در زمان واقعی وسیله نقلیه الکتریکی می تواند با در نظر گرفتن برنامه ریزی رانندگی وسایل نقلیه الکتریکی تصادفی کارآمدتر باشد. در این روش ، جمع کننده ها اطلاعات وسایل نقلیه الکتریکی را جمع آوری می کنند ، برنامه شارژ را بهینه می کنند و سپس برنامه ریزی مناسب را به پست های شارژ می فرستند. در این حالت ، ارتباط از راه دور با سرعت بالا بین جمع کننده ها و پستهای شارژ بسیار مهم است. در کل ، دو چالش وجود دارد ، یکی عدم اطمینان از رفتارهای شارژ وسایل نقلیه الکتریکی و دیگری حل طولانی مدت برای یافتن بهینه بودن راه حل ها در مسئله برنامه ریزی شارژ وسایل نقلیه بزرگ الکتریکی.[13]

بر اساس رویکرد روز آینده ، تجمع کنندگان وقت کافی برای ایجاد راه حل پیشنهاد را دارند ، اگرچه این راه حل ها براساس عدم قطعیت است و دقیق نیستند. بنابراین ، برای اتصال مقدار زیادی از وسایل نقلیه الکتریکی به شبکه هوشمند ، یک برنامه خطی در زمان واقعی شارژ ایجاد می شود.[14]

تأثیر برنامه شارژ بر میزان انتشار دی اکسید کربن، به منظور یافتن زمانبندی بهینه برای داشتن میزان کمتر دی اکسید کربن ، همچنین جنبه های زیست محیطی پیاده سازی سیستم به سیستم شبکه مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. روش پیشنهادی بر اساس نمونه های واقعی در مناطق مختلف ایالات متحده است که هر یک از آنها الگوی رانندگی منطقه ای و تولید انرژی حاشیه ای خاص خود را دارند تا انتشار دی اکسید کربن را به حداقل برسانند. تمام اندازه گیری های انتشار دی اکسید کربن در سه دوره زمانی (روز ، عصر ، شب) توسط دو نوع خودرو الکتریکی (نیسان لیف و شورولت ولت) انجام می شود.

ماژول های تجمیع و تنظیم

در مجموع ، برای پیاده سازی سیستم وسیله نقلیه به شبکه ، برخی از نیازهای اساسی و ضروری مانند دستگاه های الکترونیکی ، شبکه ارتباطی و به ویژه شبکه هوشمند مورد نیاز است. سیستم مزایای زیادی برای شبکه دارد مانند افزایش کارایی ، نظارت مستمر ، تلفیق با منابع انرژی تجدید پذیر ، قابلیت اطمینان ، انعطاف پذیری و غیره. به دلیل برخی اشتباهات احتمالی در پیش بینی و ویژگی های متناوب منابع انرژی تجدیدپذیر ، توازنی بین تولید برق و تقاضا وجود ندارد ، بنابراین در این شرایط شارژ و تخلیه وسایل نقلیه الکتریکی باید در برنامه ریزی صحیح و لحظه مناسب بر اساس تنظیم انجام شود. در سیستم خودرو به شبکه ، وسایل نقلیه الکتریکی با تخلیه در هنگام اوج تقاضا می توانند تقاضای کل از نیروگاه های مرکزی را کاهش دهند و هزینه های ثابت و عملیاتی شبکه را کاهش دهند.[15]

یکی از بحث برانگیزترین مباحث پشتیبانی خدمات فناوری خودرو به شبکه ، تنظیم فرکانس است. استراتژی های اعزام ، کارایی و امکان سنجی وسایل نقلیه الکتریکی را که در تنظیم فرکانس شرکت می کنند ، تعریف می کنند. هدف از ارسال استراتژی ها دو مشکل اساسی را دنبال می کند: اول ثبات فرکانس و جنبه های اقتصادی دوم که به افزایش سود مالکان وسایل نقلیه الکتریکی یا تشویق آنها برای مشارکت در این سیستم پشتیبانی اشاره دارد. بنابراین ، به منظور بهینه سازی عملکرد هدف تحت این دو مشکل ، استراتژی های مختلف مورد بحث قرار گرفته است. شرکت کنندگان می توانند خدمات خود را برای تنظیم فرکانس در دو حالت ارائه دهند. سیستم توزیع و سیستم متمرکز اعزام. در سیستم توزیع شده ، نقاط یکپارچه سازی در بخشهای دولتی و خصوصی توزیع می شود و اپراتورهای شبکه وسایل نقلیه الکتریکی جداگانه را برای پشتیبانی از شبکه مدیریت می کنند. در سیستم اعزام متمرکز ، نقاط ادغام در ایستگاه های شارژ ، پارکینگ ها و مکان های مشخص شده متمرکز شده اند و اپراتورهای جمع کننده وسایل نقلیه الکتریکی را کنترل می کنند و اپراتورهای شبکه اپراتورهای جمع کننده را مدیریت می کنند ، همانطور که در شکل 9 و شکل 10 نشان داده شده است.[16]

یک استراتژی اعزام بهینه پیشنهاد شده است، که به طور همزمان بر تأمین تقاضای رانندگی مورد نیاز و به حداکثر رساندن سود صاحبان وسایل نقلیه الکتریکی شرکت کننده و همچنین افزایش کارایی و عملکرد سیستم برای تنظیم صحیح فرکانس متمرکز است. متن اصلی استراتژی اعزام پیشنهادی شامل چهار ماژول است:

1.ماژول محاسبه تقاضای رانندگی

2.ماژول قاضی تنظیم فرکانس و ولتاژ خودروهای الکتریکی شرکت می کنند

3.مطلوبیت در قدرت تنظیم مشارکت در ماژول محاسبه تنظیم فرکانس

4.ماژول تخصیص قدرت تنظیم

به طور کلی ، تمام احتمالات برای استراتژی های اعزام به هفت گروه تقسیم می شوند که می توان آنها را در جدول 2 خلاصه کرد. نفوذ مقدار زیادی از وسایل نقلیه الکتریکی به بازار می تواند شبکه را با چالش های جدی روبرو کند. در این مورد ، بسیاری از مطالعات ادعا کرده اند که برای جلوگیری از نوسانات برق ، محدوده محدودی برای استخراج نیرو از شبکه توسط وسایل نقلیه الکتریکی برای شارژ باتری خود تعیین شده است ، نویسندگان تأثیر ناوگان وسایل نقلیه الکتریکی را در سیستم تولید برق در پرتغال با استفاده از داده های واقعی تاسیسات و تجهیزات الکتریکی موجود مورد بررسی قرار داده اند که، ادغام این سیستم در خانواده بدون نیاز به بودجه اضافی یا نگرانی در نظر گرفته شده است.(18و17)

طبقه بندی استراتژی های اعزام در سیستم خودروهای الکتریکی به شبکه
هدف	بر اساس	استراتژی اعزام برای
فرکانس شبکه به عنوان عملکرد هدف و قدرت جمع شده بر اساس تقاضای شبکه (سیستم پشتیبان برای منابع انرژی تجدید پذیر ، تجزیه و تحلیل سیگنال ، کاهش بار پیک) ارسال می شود.)	فرکانس شبکه	مشکلات پایداری
ظرفیت وسایل نقلیه الکتریکی به عنوان عملکرد هدف بهینه سازی حداکثر سود آنها برای ایجاد انگیزه برای مشارکت	مزایای ظرفیت مشارکت دارندگان وسایل نقلیه الکتریکی و تجمع کنندگان	مشکلات اقتصادی
به حداکثر رساندن حالت شارژ	–	تقاضا از مالکان خودروهای الکتریکی
تأمین تقاضای سفر برای دارندگان وسایل نقلیه الکتریکی به عنوان عملکرد هدف	–	رفتار تحرک وسایل نقلیه الکتریکی
جمع کننده ها یا اپراتورهای شبکه به دارندگان وسایل نقلیه الکتریکی پیام می دهند و آنها را در مورد تقاضای شبکه آگاه می کنند و سپس صاحبان پاسخ می دهند	–	پاسخ وسایل نقلیه الکتریکی به سیگنال تنظیم فرکانس
اولویت شرکت در تنظیم فرکانس بر اساس حالت شارژ ، بنابراین میزان شارژ بالا به معنای اولویت بالاتر است	–	تخصیص عادلانه بین وسایل نقلیه الکتریکی
عناصری مانند تخریب باتری ، هزینه های غیر قابل پیش بینی ، اثرات زیست محیطی	–	سایر عوامل اقتصادی

جدول2. طبقه بندی استراتژی های اعزام

قطع اتصال و یا نقطه شروع اتصال، یک سیستم پشتیبان است که خروجی نیروگاه ناگهان تغییر می کند. با توجه به ماهیت متناوب منابع انرژی تجدیدپذیر ، آنها نمی توانند یک منبع تغذیه مداوم را تأمین کنند و برای جلوگیری از کمبود نیروگاه ، نیروگاه های گاز طبیعی مقداری سطح شیب دار را بالا و پایین می آورند تا تعادل را در سیستم برقرار کنند ، به عبارت دیگر ، قدرت باد و گاز گیاهان از یکدیگر پیاده سازی می شوند. وسایل نقلیه الکتریکی منفرد نمی توانند تأثیر ملموسی بر روی شبکه داشته باشند اما اگر گروه عظیمی از وسایل نقلیه الکتریکی توسط اپراتور انتقال مرکزی مدیریت و تجمیع شوند ، می تواند سیستم را متعادل کرده و از وقفه جلوگیری کند.

تخریب باتری

اجرای سیستم وسیله نقلیه به شبکه می تواند چهار پیامد اصلی به همراه داشته باشد: افزایش قابلیت اطمینان شبکه ، کاهش هزینه های عملیاتی ، ارائه قیمت های پایین تر برای دستگاه های ذخیره سازی و رزرو برای یکپارچه سازی انرژی های تجدیدپذیر. به طور کلی ، در پشت این نوع مزایا ، تخریب باتری و فرسودگی باتری یکی از مهمترین نگرانی های همکاری در سیستم انتقال برق به سیستم در نتیجه شارژ و تخلیه مکرر است. به عنوان یک مطالعه ، باتری وسایل نقلیه الکتریکی باید هنگامی که به پایان عمر خود می رسد و 20٪ از ظرفیت ذخیره سازی خود را از دست می دهد ، باتری جدید جایگزین شود. استفاده از باتری نتیجه بسیاری از عناصر مانند دما ، عمق تخلیه ، میزان شارژ و زمان است. در حقیقت ، تخریب باتری نتیجه بسیاری از عوامل است که ارزیابی آن را دشوار می کند. به عنوان مثال ، درجه حرارت باتری وسایل نقلیه الکتریکی تحت تأثیر تابش خورشید ، گرمایش حاصل از شارژ و تخلیه ، سیستم تهویه ، دمای محیط و غیره است. نویسندگان عمدتاً بر کمیت تخریب باتری در دو حالت رانندگی در مقابل رانندگی و ارائه خدمات جانبی در خودرو به شبکه تمرکز دارند. مطالعات زیادی در مورد مدیریت استراتژی برای بهینه سازی عملکرد شبکه و همچنین هزینه عملیاتی وجود دارد. وضعیت باتری در شارژ و دشارژ مکرر در طول روز (استفاده از باتری) و ایستگاه های شارژ از طریق سه استراتژی کنترل متمرکز ، کنترل خودکار یا کنترل فعال ترانس و مدیریت باتری مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرند. کنترل متمرکز که برخی از ایستگاه های مشخص شده بر اساس تقاضا و مکان و وسایل نقلیه الکتریکی هماهنگ است می تواند شارژ و تخلیه شود و از شبکه پشتیبانی کند. در کنترل خودکار ، وسایل نقلیه الکتریکی در همه جا پراکنده هستند اما برای جمع آوری اطلاعات مربوط به شبکه و سیاست قیمت به طور خودکار به شارژر هوشمند نیاز دارند و سپس با یک برنامه مشخص شبکه را پشتیبانی می کنند. استراتژی دیگر تعویض بسته باتری است که به عنوان باتری کاملاً شارژ شده و آماده استفاده در ایستگاه های شارژ تعریف می شود که خدماتی را برای وسایل نقلیه الکتریکی فراهم می کنند و می توانند زمان شارژ را کاهش دهند و قابلیت اطمینان شبکه را افزایش دهند. مقایسه کلی استراتژی های کنترل فوق الذکر بر اساس ویژگی ها ، الزامات محاسباتی و ارتباطی در شکل 11 ارائه شده است.

اساساً در مطالعات اخیر سه نوع قالب گیری باتری وجود دارد: اولین و بیشترین استفاده از مدل مربوط به حالت شارژ است ، دوم مدل ولتاژ و محاسبه مربوط به اتلاف انرژی در خمیر و سومین قالب برای طول عمر باتری]19[. در منبع [20]، اثرات و موانع اجرای وسیله نقلیه در سیستم شبکه مانند هزینه های مورد نیاز ، تخریب باتری ، اثرات سطح نفوذ مورد بحث قرار گرفته و در این مطالعه اثرات وسایل نقلیه الکتریکی هماهنگ و ناهماهنگ بر کارایی شبکه مقایسه می شود.

بازده انرژی وسایل نقلیه الکتریکی به دو روش تعریف شده است. اول ، بهره وری انرژی نسبت بین کل انرژی استخراج شده از باتری قابل شارژ به توان تامین شده توسط شبکه(انرژی خروجی/انرژی ورودی) است و دوم ، بهره وری به عنوان یک محصول با کارایی شارژر و بازده باتری(ان شارژر * ان باتری) تعریف می شود. بازده شارژر به اتلاف انرژی در نتیجه تبدیل برق از حالت

ای سی به دی سی گفته می شود که خود را به عنوان گرما نشان می دهد. کارایی شارژر وسایل نقلیه الکتریکی اوپل آمپر حدود 94% تخمین زده می شود در حالی که براساس مطالعه دیگری ، در ایالات متحده آمریکا مشخص شده است که کارایی این وسیله نقلیه الکتریکی حدود 86.4٪ است. در کل ، بازده شارژر مربوط به دمایی است که با افزایش دما می توان بازده را کاهش داد. همچنین طبق این مطالعه ، کارایی شارژهای کمتر از 2 کیلووات ساعت 83.5 درصد و بالاتر از 2 کیلووات ساعت حدود 86.5 درصد است. به طور متوسط ، بازده باتری تقریباً 86.4٪ است [21]

مسیریابی و برنامه ریزی مشترک

شارژ کنترل نشده تعداد زیادی از وسایل نقلیه الکتریکی می تواند باعث اتلاف عمده برق و انحراف ولتاژ و توزیع اضافه بار پستها شود و در جهت دیگر این سناریو(وسیله نقلیه به شبکه – استفاده از خودروی الکتریکی را به عنوان گزینه حمل و نقل جایگزین برای خودروی متداول موتور احتراق داخلی تشویق کرده است. اخیراً ، توسعه مفهوم شبکه هوشمند در شبکه قدرت نقش وسایل نقلیه الکتریکی را در قالب فناوری وسایل نقلیه به شبکه ارتقا داده است. فناوری وسیله نقلیه به شبکه امکان تعویض انرژی دو طرفه بین وسایل نقلیه الکتریکی و شبکه برق را فراهم می کند ، که خدمات زیادی را به شبکه برق ارائه می دهد)ا ز یک طرف، هنگام شارژ کردن، آن ها می خواهند بخش قابل توجهی از کل تقاضا را نشان دهند، که به طور بالقوه بر پایداری و کارایی شبکه تأثیر می گذارد.

امکان کنترل شارژ وجود دارد، با فرض اینکه وسایل نقلیه مانند بارهای قابل تعویق عمل می کنند ، یعنی وسایل نقلیه را می توان در دوره های مشخص و توصیه شده شارژ کرد.

با توجه به تقاضا و منحنی های نسل، فرآیند در آن دوره ها با تولید بالا و تقاضای کم ترجیح داده می شود که بار تحریک شود ، در حالی که از دوره های با تقاضای قابل توجه اجتناب می کنید.(22)

از طرف دیگر، در دو قسمت وسیله نقلیه به شبکه متن نوشته یک شبکه هوشمند همچنین امکان انتقال انرژی دو طرفه بین وسایل نقلیه و شبکه را فراهم می کند.(23)

اگر این کار به درستی مدیریت شود ، قله های تقاضا یا انجام خدمات جانبی این تبادل دو طرفه به ویژه برای کنار آمدن با آن مناسب است.( به عنوان مثال، فرکانس سریع کنترل) در این شرایط ، وسایل نقلیه الکتریکی می تواند به عنوان مولد موقت و متحرک رفتار کند/ زمان پاسخ با یک بار سریع بارگیری می شود، از باتری های وسیله نقلیه فقط زمانی باید استفاده شود که مورد نیاز شبکه باشد و با وجود این سود بالقوه ، انرژی را تحویل می دهد، تبادل انرژی می تواند به ضرر وضعیت برق و امنیت شبکه باشد، بنابراین ، چه زمانی و کجا شارژ و یا تخلیه وسایل نقلیه الکتریکی انجام می شوند خود یک فرآیندی است که باید از طریق مشوق ها یا مقررات قیمت کنترل شود.

عوامل (به عنوان مثال جمع کننده وسایل نقلیه)، که در هماهنگی با اپراتورهای شبکه هستند ، مسئول تهیه، توصیه هایی در مورد روند شارژ / تخلیه و کنترل وسایل نقلیه هستند.

این توصیه ها با استفاده ازیک مدل بهینه سازی ریاضی که شارژ را در نظر می گیرد

ایستگاه ها، وضعیت شبکه و / یا رضایت کاربران. ساده ترین راه حل ها فقط تنظیم موارد لحظه ای شارژ هستند این مسئله ریاضی به عنوان زمان بندی شناخته می شود.

از الگوریتم های برنامه ریزی پیشنهادی متنوع است. آنها ممکن است در به حداقل رساندن انتشار دی اکسید کربن بهبود ادغام منابع انرژی تجدید پذیر، ارائه بهتر عملکرد شبکه، یا افزایش رضایت کاربر (به عنوان مثال کاهش اضطراب دامنه راننده)، جنبه دیگری که ادغام وسایل نقلیه الکتریکی را تسهیل می کند به درون شبکه در حال مسیریابی است. با این روش ، وسایل نقلیه می توانند برای دستیابی به برخی اهداف خاص ، برنامه سفر معمولی خود را (به طور کلاسیک و طبق استراتژی کوتاه ترین مسیر ساخته شده اند) یا الگوی رانندگی خود را تغییر دهند.

نامگذاری ثابت ها

Nn	تعداد تمام گره های شبکه برق
NEV	تعداد تمام وسایل نقلیه الکتریکی در نظر گرفته شده در منطقه تحت پوشش شبکه برق
NC	حداکثر تعداد شارژر نصب شده در هر گره
PCmax	حداکثر قدرتی که یک وسیله نقلیه الکتریکی مجاز به شارژ آن است
PImax	حداکثر توان مجاز برای یک وسیله نقلیه الکتریکی برای تزریق به شبکه
PMmax	حداکثر توان مصرفی توسط وسیله نقلیه الکتریکی هنگامی که در حال حرکت است
nin	کارایی فرآیند تزریق با انرژی از وسیله نقلیه الکتریکی به شبکه منتقل کنید
nch	کارایی فرآیند شارژ با انتقال انرژی از شبکه به وسیله نقلیه الکتریکی
SOCmax	حداکثر حالت مجاز شارژ وسایل نقلیه
SOCmin	حداقل حالت مجاز شارژ وسایل نقلیه
LB	تلفات داخلی باتری ، که هنگام بروز اتفاق می افتد وسیله نقلیه ثابت است و به شبکه متصل نیست
DoDmax	حداکثر عمق تخلیه باتری وسایل نقلیه الکتریکی
NCmax	حداکثر تعداد چرخه شارژ / دشارژ که الف باتری در یک وسیله نقلیه الکتریکی می تواند در طول عمر خود مقاومت کند
DistNn o;n d	n_o تا گره n_dفاصله از گره بر حسب کیلومتر از
PBcons	مصرف برق از باتری یک وسیله نقلیه در حالی که حرکت یک واحد فاصله
Pcarbat;h	برق مصرفی از باتری خفاش خودرو به دلیل حرکت آن در حین فاصله اچ
Rdowngen	صعود کردن ژنراتور در حالت خاموش کردن جنرال
Rupgen	صعود کردن ژنراتور در حالت راه اندازی کردن جنرال
p-oh;node	قیمت ارائه شده توسط شبکه برای خرید انرژی در گره در طول فاصله h
p- dh;node	تعیین قیمت برای فروش انرژی از وسایل نقلیه الکتریکی به شبکه در گره طی فاصله اچ
B.Variables	برای مدل سازی خودرو الکتریکی استفاده می شود
cbat;h;node	متغیر باینری که در صورت وجود خفاش وسیله نقلیه برابر با 1 است وقتی در ساعت اچ به گره متصل شود شارژ می شود
ibat;h;node	متغیر باینری که اگر خفاش وسیله نقلیه باشد برابر با 1 است هنگامی که به شبکه متصل می شود ، انرژی را به آن تزریق می کند گره در زمان اچ
obat;h	متغیر باینری که اگر خفاش وسیله نقلیه نباشد ، برابر با 1 است به شبکه متصل شده و ثابت است در ساعت اچ
mbat;h	متغیر باینری که اگر خفاش وسیله نقلیه باشد برابر با 1 است حرکت در ساعت اچ
xbat;h	متغیر دودویی که اگر خفاش وسیله نقلیه برابر باشد با 1 رفتار خود را تغییر می دهد (از شارژ یا تخلیه به دیگر) در انتقال از زمان اچ به زمان اچ þ 1
wbat;h	متغیر باینری که در صورت وجود خفاش وسیله نقلیه برابر با 1 است در زمان اچ است شارژ یا قطع می شود. اگر برابر0 باشد خفاش وسیله نقلیه در زمان اچ قدرت را به شبکه تزریق می کند
ebat;h;node	متغیر باینری که اگر خفاش وسیله نقلیه باشد برابر با 1 است در ساعت اچ به گره متصل شد
dbat;h;n o; n d	متغیر باینری که اگر خفاش وسیله نقلیه باشد برابر با 1 است در حال حرکت از گره n_o به n d در زمان h
abat;h;node	متغیر دودویی که موقعیت وسیله نقلیه را بهم پیوند می دهد خفاش (گره) و حالت حرکت ، شارژ ، تزریق آن و قطع شدن در ساعت اچ
Pchbat;h;node	انرژی شارژ شده توسط خفاش وسیله نقلیه در مدت زمان اچ به گره متصل است
Pinbat;h;node	انرژی تزریق شده از خفاش وسیله نقلیه به شبکه در طی زمان اچ وقتی به گره متصل است
Pmovbat;h	مصرف انرژی در خفاش خودرو در طول زمان اچ هنگامی که در حال حرکت است
EVEbat;h;node	انرژی تحویل داده شده توسط شبکه به خفاش خودرو در گره در طول زمان اچ
SOCbat;h	حالت شارژ خفاش وسیله نقلیه در زمان اچ
MaxFlowni;n	حداکثر جریان برق مجاز در خط اتصال گره ni به گره nj
C. Variables	برای مدل سازی شبکه برق استفاده می شود
Pgen;node;h	حداکثر انرژی تحویل شده توسط نوع ژنراتورها Gen اچ ، که در طول فاصله به گره متصل می شوند
flownode;h	توان پیچیده در گره در فاصله اچ
SLnode-i;node j	عدم پذیرش خط اتصال node_i به node_j
∅node;h	ولتاژ زاویه در گره در فاصله اچ
Demandnode;h	قدرت پیچیده جذب شده توسط تقاضا در گره در فاصله اچ
benefitday	منافع اقتصادی حاصل از ناوگان وسایل نقلیه الکتریکی در طی یک روز
benefith	منافع اقتصادی حاصل از ناوگان وسایل نقلیه الکتریکی در طی فاصله اچ
D. Sets Un(پی)	مجموعه ای از همه گره ها در شبکه برق
UEV(پی)	مجموعه ای از تمام وسایل نقلیه الکتریکی در منطقه تحت پوشش شبکه برق

مسئله مسیریابی وسیله نقلیه یک مسئله ریاضی کلاسیک است که سعی دارد مسیری را که یک وسیله نقلیه باید از مبدا تا مقصد طی کند با هدف مشخص تعیین کند.

هنگام تعریف این سفرها ، می توانیم اهداف متنوعی مانند استفاده از کوتاهترین مسیرها ، به حداقل رساندن زمان سفر (از جمله تأخیرهای ایجاد شده توسط مقررات راهنمایی و رانندگی و تراکم) تعیین کنیم.

اولویت دادن به تحویل کالاهای اضطراری ، به حداقل رساندن مصرف سوخت ، کاهش انتشار کربن ، ارضای برخی از محدودیت های منابع یا افزایش رضایت کاربران (به عنوان مثال با توصیه مناطق با تعداد زیاد فضای پارکینگ موجود)(24)

هنگام مسیریابی و زمانبندی مزایای مهمی برای تولید راننده استفاده می شود و هر دو انتظار می رود تکنیک ها و توصیه هایی برای این امر باشد.

یک وسیله نقلیه الکتریکی که می خواهد به این ابتکار بپیوندد ممکن است تصمیم بگیرد که از مسیر متعارف و رفتار رانندگی خود خارج شود تا شارژ / شارژ باتری خود را در گره ای که مقصد نهایی نیست یا حتی در برنامه کوتاهترین سفر مورد انتظار قرار ندارد ، انجام دهد. مسیریابی و برنامه ریزی برای وسایل نقلیه الکتریکی هر دو هستند در مقالات پژوهشی قبلی مطرح شده است. نویسندگان استفاده از هر دو مسئله را به ترتیب دنبال کنید.

در ابتدا مرحله ، آنها الگوریتم اصلاح شده فلوید را برای یافتن کوتاهترین مسیر به مقصد ، جایی که قرار است وسیله نقلیه باشد شارژ شود. به عنوان یک تازگی، سعی می کند بدون اینکه از سطح مشخصی از ازدحام ترافیک عبور کند ، در منطقه شارژ نگه دارد، به طوری که اگر وسیله نقلیه در خطر بیش از حد حداکثر ازدحام باشد ، عوامل ممکن است مناطق نزدیکتر را برای پارک توصیه کنند.

در فاز دوم،الگوریتم تعیین می کند که چه زمانی و چه محلی، هزینه انجام می شود.

برای این عملیات ، هزینه های شارژ به حداقل می رسد، از سوی دیگر هر دو مسئله ریاضی قبلی را می توان به طور مشترک فرموله و حل کرد تا به آنها در تعیین مسیری که یک وسیله نقلیه باید طی کند و زمان انتقال انرژی آن کمک کند. با توجه به مورد دوم ، الگوریتم هایی برای یک جهته وجود دارد (وسایل نقلیه قادر به تخلیه باتری خود هنگام اتصال به شبکه نیستند) و V2G دو طرفه (وسایل نقلیه ممکن است هنگام اتصال به شبکه فعال کردن روند تخلیه را انتخاب کنند)(25)

در یک زمینه شارژ یک طرفه ، مهمترین پیشنهادها به شرح زیر است. در زمینه ناوگان وسایل نقلیه الکتریکی که به طور جمعی برای تحویل استفاده می شود.

الگوریتمی را پیشنهاد می کند که زمان سفر ، فاصله مسیر و هزینه های شارژ را برای تعیین مسیر و زمانبندی شارژ به حداقل می رساند. برای این هزینه ، نویسندگان برای کاهش اضطراب دامنه رانندگان ، هزینه های میان تور را تعیین کردند. یک الگوریتم ترکیبی از مسیریابی و برنامه ریزی یک جهته نیز در مجلات مختلف ارایه شده است.

این تحقیق به طور همزمان زمان سفر و هزینه شارژ خودروی الکتریکی را به حداقل می رساند. برای زمان سفر ، این مدل شامل زمانی است که در صف انتظار می رود تا شارژر در دسترس باشد. یک الگوریتم سنجش جمعیت در سیستم گنجانده شده است تا بتوان از برخی اطلاعات مربوط به فعالیت ایستگاه های شارژر برای توصیه های مسیریابی و برنامه ریزی استفاده کرد. تأثیر فرآیند شارژ بر روی باتری ها گنجانیده شده است.

به طور خاص ، آنها الگوریتمی ژنتیکی را برای تعیین نحوه مسیریابی و برنامه ریزی شارژ گروهی از وسایل نقلیه به منظور کاهش هزینه های شارژ و تخریب باتری ها تعریف می کنند. شارژ سریع فقط در طول برنامه سفر وسایل نقلیه امکان پذیر است.

از طرف دیگر ، پیشنهاد مشترک مسیریابی و برنامه ریزی دو طرفه در پژوهش های بین المللی شده است.

شارژرها را به سرعت وسیله نقلیه محدود می کنند تا سریع باشند. این تنها نوع شارژ است که تصور می شود باتری ها کم می شوند ، یعنی عمر باتری را کاهش می دهند. در حقیقت ، نویسندگان در مورد چگونگی کاهش عمر باتری ها بحث نمی کنند زیرا شارژ در حالی است که وسیله نقلیه در انبار است. در این مقاله ، تعریف مسیر وسیله نقلیه بر اساس هدف پیچیده ای است که هدف آن به حداقل رساندن هزینه های شارژرها ، کاهش تخریب باتری به دلیل شارژ سریع و به حداکثر رساندن سود حاصل از رانندگان در روند تخلیه است. تأثیر روش های شارژ / تخلیه بر روی شبکه تجزیه و تحلیل نشده است.

تابه حال تعریف یک مسیریابی مشترک و برنامه ریزی دو طرفه را نشان می دهد ، با این حال ، موارد مهمی مانند تأثیر بر شبکه برق و تخریب باتری در نظر گرفته نشده است.

به عنوان یک موضوع جدید ، ما در این مقاله یک الگوریتم مسیریابی و برنامه ریزی مشترک برای انتقال انرژی دو طرفه ارائه می دهیم،ابتدا با در نظر گرفتن تأثیر انتقال بر روی شبکه برق و تخریب واقعی باتری ها ، راه حل بهینه را پیدا می کند. به دلیل فرآیندهای شارژ / تخلیه. به منظور تعیین مناسب بودن پارامترهای تبادل انرژی (گره الکتریکی که وسیله نقلیه باید به آن متصل شود ، مقدار انرژی و برنامه ریزی). نماینده پیشنهادی ما در رابطه با شبکه برق با هدف به حداکثر رساندن مزایای راننده است. بنابراین ، مسیریابی و برنامه ریزی دو طرفه در همان مسئله ریاضی حل می شود. از طریق یک ارزیابی گسترده ، ما نشان می دهد که تفکیک مشترک مسیریابی و برنامه ریزی منجر به عملکرد بهتری (از نظر سود کاربر) نسبت به کاربرد پی در پی مسیریابی و مشکل برنامه ریزی می شود. با ترکیب هر دو ، نتایج نشان می دهد که برخی وسایل نقلیه می توانند الگوی رانندگی و شارژ خود را برای به دست آوردن سود تغییر دهند ، در حالی که شبکه از دست دادن بیش از حد برق رنج نمی برد. سهم اصلی این مقاله عبارتند از:

این پیشنهاد می دهد عوامل خودروی کلاسیک را به منظور ترکیب مشکلات مسیریابی و برنامه ریزی همزمان در یک زمینه دو طرفه (فرآیندهای شارژ و تخلیه در نظر گرفته شده است) گسترش دهد. بنابراین ، آنها زمانی را که تبادل انرژی بین وسایل نقلیه و شبکه باید انجام شود ، توصیه می کنند

با توجه به مقصد نهایی وسیله نقلیه ، انجام می شود و راحت ترین گره هایی است که می توان این روش را در آن انجام داد. برای این توصیه ها ، تجزیه و تحلیل شامل مبدا ، مقصد و حتی برخی از گره های میانی است که یک وسیله نقلیه الکتریکی باید در سفر خود بگنجاند

مطالعات قبلی از مکانیزم های مبتنی بر هوش مصنوعی و ابتکاری برای استخراج راه حل های تقریبی استفاده می کنند. با این حال ، الگوریتم پیشنهادی ما مبتنی بر یک مسئله بهینه سازی است که راه حل دقیق را پیدا می کند. این فرمول به منظور کاهش تعداد متغیرهای مورد نیاز با دقت بیان شده است. در نتیجه ، زمان کامپیوتر و منابع مورد استفاده برای حل مشکل کاهش می یابد

روش پیشنهادی تأثیری را که اتصال وسایل نقلیه بر روی شبکه دارد (تلفات برق) اندازه گیری می کند. فرمول پیشنهادی همچنین جنبه طول عمر باتری مشکل را به روشی واقع بینانه در نظر می گیرد.با این حال ، هر دو مطالعه فقط شارژهای سریع را در طول مسیر خودرو تنظیم می کنند و تصور می کنند که فقط این نوع شارژ باعث تخریب باتری می شود. به طور خاص ، یک هزینه اضافی ثابت برای هر فرآیند شارژ تعریف می کند. متناوباً ، این هزینه را به عنوان تابعی از باتری دارای سلامت مدل می کنیم. برخلاف این کارهای قبلی ، این تخریب را برای انواع فرآیندهای شارژ / تخلیه (حتی آنهایی که به دلیل حرکت خودرو و به دلیل شارژ خودرو در پایه آن اتفاق می افتد) در نظر می گیریم. ما همچنین وابستگی بین تخریب ناشی از باتری ، عمق تخلیه و تعداد چرخه شارژ / تخلیه را مدل می کنیم. (27و26)

این الگوریتم از روشی پیروی می کند که در آن هر خودروی الکتریکی توصیه هایی را برای مسیر خود ، فواصل شارژ / تخلیه و درآمد مورد انتظار خود دریافت می کند. ادامه مقاله به شرح زیر تدوین شده است. بخش 2 مدل ریاضی مورد استفاده برای توصیف وسایل نقلیه الکتریکی را به عنوان بارهای قابل تعویض متحرک ارائه می دهد. بخش 3 به طور خلاصه روش پرداختن به طور مشترک مسیریابی و برنامه ریزی را در سناریوهای دو طرفه خودرو به شبکه نشان می دهد. بخش 4 شبیه سازی های انجام شده در این کار را توضیح می دهد و نتایج را تجزیه و تحلیل می کند. سرانجام ، بخش 5 نتیجه گیری اصلی را انجام می دهد و برخی از دستورالعمل های تحقیقاتی آینده را تعیین می کند.

مدل برقی و مکانی خودروی الکتریکی

در مشکل ما ، وسایل نقلیه الکتریکی به عنوان باتری های متحرک مدل سازی می شوند. این مدل شامل دو مجموعه معادله برای جمع بندی 1 جنبه الکتریکی وسیله نقلیه الکتریکی و 2 شرایط مکانی ناشی از حرکات آنها است. در زیر هر دو توصیف ارائه شده است

زیر بخش ها:

1.مدل برق

با در نظر گرفتن فعل و انفعال الکتریکی با شبکه ، ممکن است وسیله نقلیه الکتریکی از آن انرژی دریافت کند ، به آن انرژی تزریق کند و یا انرژی (ایستا یا متحرک) رد و بدل نکند. این چهار حالت هستند

با برچسب زیر:

شارژکردن، خودرو ایستا است و باتری آن از طریق شبکه برق شارژ می شود.*

تزریق، خودرو ایستا است و از طریق باتری خود انرژی را به شبکه می رساند.*

قطع شده. وسیله نقلیه ایستا است اما هیچ تعاملی با شبکه وجود ندارد.*

در حال حرکت. وسیله نقلیه در حال حرکت از یک گره به گره دیگر است.*

در فرمول بندی خود ، ما یک متغیر باینری را به هر حالت مرتبط می کنیم به گونه ای که وقتی آنها برابر با 1 باشند ، به این معنی است که وسیله نقلیه الکتریکی همانطور که توسط دولت متناظر نشان داده شده است کار می کند. این متغیرها هستند:

cbat;h;node, (برای دولت “شارژ”), ibat;h;node (برای دولت “تزریق”), obat;h (برای دولت “قطع”) and mbat (برای دولت “در حال حرکت”).

به دو فرمول زیر دقت کنید:

طبق معادله (1) تضمین می کند که وسیله نقلیه نمی تواند همزمان با شبکه تبادل انرژی کند و قطع شود. علاوه بر این در معادله (2) ایجاب می کند که اگر وسیله نقلیه الکتریکی در حال حرکت است باید آن را نیز جدا کرد. هر ایالت به معنای تغییراتی در انرژی باتری وسیله نقلیه الکتریکی است. به طور خاص ، ما سه متغیر واقعی راجع به تغییرات توان در یک بازه زمانی (از نظر انرژی) تعریف می کنیم. این متغیرها هستند

برای ایالت ها به ترتیب “شارژ” ، “تزریق” و “حرکت” علاوه بر این ، ما سه ثابت مرتبط با حداکثر توان برای هر حالت را تنظیم می کنیم. بدین ترتیب:

PCmax	به حداکثر توان ارائه شده برای شارژ خودرو الکتریکی اشاره دارد
PImax	مربوط به حداکثر توان مجاز خودروی الکتریکی برای تزریق به شبکه
PMmax	منعکس کننده حداکثر توان مصرفی وسیله نقلیه الکتریکی هنگام حرکت است

متغیرهای مبتنی بر قدرت و ثابت ها به صورت زیر بیان می شوند:

توجه داشته باشید که برای سادگی ، ما بازه های زمانی 1 ساعته را در نظر می گیریم و از این رو ، ضریب تبدیل از کیلووات به کیلووات ساعت “1” است. با استفاده از پارامترها ، فرایندهای شارژ و تخلیه تلفات در نظر گرفته می شود و به ترتیب به عنوان شارژ و کارایی تزریق هستند، هر دو مقدار در محدوده [0،1]. بنابراین ، انرژی حاصله توسط شبکه توسط یک خفاش وسیله نقلیه الکتریکی در یک ساعت در یک گره تحویل داده می شود برابر است با:

مقدار توان تعریف شده در بالا باید مربوط به مقدار انرژی ذخیره شده در باتری باشد که توسط (حالت شارژ) از باتری ها بنابراین ، ما این را می دانیم:

مقدار این پارامتر بسته به فعل و انفعالی که خودروی الکتریکی با شبکه انجام می دهد و میزان مصرفی که در حال حرکت دارد ، متفاوت است. به طور خاص ، ما نحوه جریان را تعریف می کنیم.

value of SoC is:

همانطور که مشاهده می شود ، حتی در صورت عدم تعویض بین وسیله نقلیه الکتریکی و شبکه و نه مصرف در اثر حرکت ، حالت شارژ در بازه بعدی با مقدار کمی که از طریق پارامتر (ال بی) در معادله 9 ثابت شده کاهش می یابد.

این کاهش تلفات باتری واقعی ناشی از نشت را مدل می کند. این یک مدل ساده از مکانیسم های زیادی است که در طول کار باتری اتفاق می افتد و باتری را تخریب می کند. با این حال ، ما این مدل را برای اهداف الگوریتم کامل مسیریابی / برنامه ریزی دقیق می دانیم. مدل پیشنهادی همچنین شامل عواقب دیگر عملکرد واقعی باتری ها است، به طور خاص ، ما حداکثر عمق تخلیه را محدود می کنیم ( ( و تعداد کل دوره های شارژ / دشارژ که باتری مقاومت می کند، برای اولین محدودیت ، معادله را در بر می گیریم:

محدودیت دوم توسط معادله زیر اجرا می شود:

xbat;h

یک متغیر باینری در ماتریس ابعاد است

این نشان می دهد که آیا تغییری در رفتار (شارژ ، تزریق) باتری از حالت آن در فاصله اچ به حالت آن در فاصله اچ +1 وجود دارد یا خیر. اگر تغییری ایجاد شود ، مقدار آن برابر با 1 است ، در غیر این صورت 0 تنظیم می شود. به منظور پیاده سازی صحیح معادله (12) در بالا ، از یک متغیر باینری جدید نیز استفاده می کنیم.

wbat;h

از بعد

این متغیر نشان می دهد که آیا وسیله نقلیه در فاصله اچ شارژ می شود (سپس مقدار آن 1 است) یا برق را به شبکه تزریق می کند (مقدار آن 0 است). هنگامی که وسیله نقلیه قطع می شود مقدار آن نیز 1 است. توجه داشته باشید که این متغیر با متغیر متفاوت است، در این واقعیت است که شامل اطلاعاتی در مورد گره اتصال نیست.

تعریف متغیر به صورت زیر فرموله شده است:

2.رفتار فضایی

به دلیل حرکت ، وسیله نقلیه اتصال خود را به شبکه برق تغییر می دهد. برای نمایش این تغییرات ، به متغیرهای دودویی زیر اعتماد می کنیم: این یک ساختار داده ای 3 بعدی با ابعاد زیر است.

وقتی مقدار آن 1 باشد ، به این معنی است که خفاش وسیله نقلیه الکتریکی در فاصله اچ به گره متصل است. اگر این شرط برقرار نباشد ، مقدار متغیر برابر 0 است. از آنجا که وسیله نقلیه الکتریکی فقط می تواند به یک گره متصل شود ، ما تحمیل می کنیم:

این در یک ساختار داده باینری 4 بعدی با ابعاد زیر گنجانده شده است:

هنگامی که مقدار آن 1 باشد ، نشان دهنده این است که خفاش وسیله نقلیه الکتریکی از گره صفر به گره مشخص شده در فاصله زمانی اچ حرکت می کند. حرکت فقط بین دو گره خاص اتفاق می افتد و این محدودیت با معادله زیر مدل سازی می شود:

یک فاصله اچ برای تکمیل هر حرکت کافی است بنابراین معادلات زیر تحمیل می کنند که هنگام شروع انتقال ، وسیله نقلیه الکتریکی باید در مبدأ هر حرکتی باشد و هنگام پایان حرکت باید در مقصد باشد:

هر دو متغیر با یک متغیر باینری جدید مرتبط هستند همانطور که در معادلات زیر بیان شده است:

این بدان معنی است که متغیر حرکت با این واقعیت سازگار است که اگر خودروی الکتریکی متغیرهای مکانی آن نشان دهنده تغییر مکان آن برای یک دوره زمانی نباشد ، نمی تواند حرکت کند. عملیات شارژ و تخلیه تحرک خودروی الکتریکی را محدود می کند ، به طوری که برای هر دو روش خودرو باید ثابت باشد و به شبکه متصل شود. این الزامات با معادلات زیر بیان می شود:

حرکت خودرو به معنای تغییر در قدرت ذخیره شده در باتری آن است. ما تصور می کنیم که انواع جاده ها برای منطقه مورد مطالعه یکنواخت است به طوری که میزان مصرف فقط به فاصله فیزیکی گره صفرتا گره مشخص شده، بستگی دارد. به طور خاص ، ما ماتریس دیستن را مدیریت می کنیم. این ساختار داده اطلاعات مربوط به فاصله فیزیکی بین گره ها را حفظ می کند. در نتیجه،

در آخر ، ما همچنین حداکثر تعداد شارژر (ان سی) متصل به هر گره را محدود می کنیم. بدین ترتیب:

الگوریتم های مسیریابی و برنامه ریزی مشترک برای انتقال قدرت دو طرفه

همانطور که قبلاً ذکر شد ، مسیریابی و برنامه ریزی می تواند برای اهداف مختلفی مورد استفاده قرار گیرد و می تواند به طور مستقل ، متوالی یا مشترک حل شود. شکل 12 نشان می دهد که چگونه روش ترتیبی ابتدا مسئله مسیریابی را بر اساس محدودیت های موقعیت وسایل نقلیه الکتریکی (مبدا و مقصد آنها) حل می کند ، و سپس الگوریتم زمان بندی با مسیرهای محاسبه شده ، وضعیت شبکه و قیمت های بازار برای تعیین زمان بندی توصیه شده برای شارژ و فرایندهای تخلیه.

در این مقاله الگوریتم مسیریابی و برنامه ریزی مشترک تعریف می کنیم. نمودار جریان در شکل 13 نشان داده شده است. با توجه به محدودیت های مکانیکی وسایل نقلیه الکتریکی ، ویژگی های شبکه و قیمت بازار روز آینده ، مدل توسعه یافته قادر است به طور همزمان نحوه انجام مسیریابی و برنامه ریزی را برای به حداکثر رساندن سود کاربران حل کند. این الگوریتم بر اساس یک مسئله بهینه سازی است که بر اساس مدل های وسایل نقلیه الکتریکی (همانطور که در بخش 2 توضیح داده شده است) ، عملکرد شبکه و تعاملات رانندگان ساخته شده است. این دو موضوع اخیر هستند

شکل 12. طرح الگوریتم مسیریابی و برنامه ریزی پی در پی

شکل 13. طرحی برای الگوریتم مسیریابی و برنامه ریزی مشترک

معادلات (27) ، (29) محدودیت مربوط به عملکرد واقعی ژنراتورها را مدل کنید. این ژنراتورها ممکن است در صورت لزوم خاموش و روشن شوند. اول ، معادله (27) حداکثر توان تحویل داده شده توسط ژنراتور را محدود می کند. تغییر در خروجی قدرت توسط پمپ بالا و پایین قوچ محدود می شود. این پارامترها به نوع ژنراتور بستگی دارد ، بنابراین ما برای نشان دادن نوع ژنراتور ، ژنراتور فرعی را نیز در بر می گیریم.

معادلات زیر توازن توان شبکه را مدل می کند. به طور خاص ، معادله (29) تعادل قدرت را در گره هایی که EVE در مدل الکتریکی خودرو الکتریکی تعریف شده است منعکس می کند. EVE نشان دهنده تبادل انرژی بین وسایل نقلیه الکتریکی و شبکه است. معادل (30) معادله تزریق برای گره داده شده است. از تقریب مدل دی سی استفاده می شود. حداکثر جریان برق توسط معادله محدود می شود. (31) در مورد تقاضای مندرج در معادله. (30) ، ما تقاضای متغیر را فرض می کنیم.

.به حداکثر رساندن مزایای کاربران

الگوریتم مسیریابی و برنامه ریزی مشترک پیشنهادی برای به حداکثر رساندن درآمد کاربران است از انرژی که به شبکه می رسانند به دست می آید. این استراتژی می تواند مشارکت کاربران در بازار شبکه را تحریک کند. فرمول حل مسئله به شرح زیر است:

با قیمت پیشنهادی توسط سیستم الکتریکی برای خرید انرژی در گره و زمان مشخص و قیمت پیشنهادی توسط سیستم الکتریکی به کاربران برای فروش انرژی خود در یک گره و زمان خاص است. برای مشکل ما ، هر دو اندازه داده ورودی محسوب می شوند. می توان مشاهده کرد که سود یک کاربر با تفاوت بین سود حاصل از تحویل انرژی که تولید می کند و هزینه های مربوط به شارژ وسیله نقلیه وی مطابقت دارد.

تجزیه و تحلیل نتایج شبیه سازی

عملکرد چارچوب ریاضی پیشنهادی با استفاده از شبیه سازی تأیید می شود. برای این منظور از چارچوب گامس (سیستم مدل سازی جبری عمومی) استفاده می شود که جهت ایجاد مشکلات بهینه سازی است. به طور خاص ، با توجه به ویژگی های ریاضی فرمول پیشنهادی ، از حلگر(ام آی پی- برنامه ریزی صحیح مختلط) استفاده می شود. با توجه به فرمول پیشنهادی در این مقاله ، الگوریتم برنامه ریزی و مسیریابی مشترک یک برنامه ریزی خطی با عدد صحیح مختلط است.

1.سناریوی مورد ارزیابی

شبکه مورد مطالعه براساس فیدر آزمایش IEEE37 node اصلاح شده است که برای آزمایش فن آوری های مرتبط با شبکه های توزیع استفاده می شود.(28)

این شبکه شامل 37 گره و 37 خط نمایندگی شبکه با شارژرهای وسیله نقلیه و ژنراتورها در شکل 3 وجود دارد. ژنراتورها با اصطلاح جی مشخص می شوند( از جی 1 تا جی11)

می توان مشاهده کرد که حداکثر تعداد شارژر در هر گره 3 است.

در مورد خواسته ها ، این موارد در جدول 1 در پیوست خلاصه شده است.

به منظور مدل سازی رفتار واقع بینانه تقاضا ، این پارامتر ثابت نیست اما در طول روز تغییر می کند. بنابراین ، تقاضا برای یک ساعت خاص از روز محاسبه می شود زیرا مقادیر نشان داده شده در جدول 1 ضرب شده با ضریب وابسته به ساعت مربوطه در جدول 2 ضرب می شود. جدول 2 نیز در پیوست موجود است. از طرف دیگر ، میزان مقاومت و حداکثر جریان برق مرتبط با خطوط در جدول 3 در پیوست ارائه شده است.

در مورد واحدهای تولیدی ، 11 واحد از این دسته به سه نوع تقسیم شده است. برای هر نوع ، پارامترهای مربوط به تولید آنها در جدول 4 است. شناسایی نسل ، نوع آنها و گره ای که به آن متصل هستند در جدول 5 ارائه شده است. جدول 5 در پیوست است

در سناریوی ما ، 12 وسیله نقلیه الکتریکی وجود دارد که با توجه به رفتار آنها می توان در سه کلاس طبقه بندی کرد: کلاس 1 (5 ماشین الکتریکی) ، کلاس 2 (5 ماشین الکتریکی) و کلاس 3 (2 ماشین الکتریکی). برای همه وسایل نقلیه ، تصور می کنیم که SOC اولیه (در ساعت 0) و نهایی (در ساعت 23) برابر 5٪ باشد. وسایل نقلیه کلاس 1 متعلق به صاحبان ساکن گره 11 است. رانندگی آنها 2 ساعت طول می کشد تا به دفتر خود برسند ، که در گره 28 واقع شده است. وسایل نقلیه کلاس 2 همچنین الگوهای رانندگی کاربران را که هر روز به محل کار خود می روند ، مدل می کند. به طور خاص ، آنها در منطقه اطراف گره 25 زندگی می کنند و مقصد کار آنها در گره 33 است. رفت و آمد 1 ساعت طول می کشد. در طول ساعات کار ، تصور می شود که وسایل نقلیه هیچ ارتباطی با شبکه ندارند زیرا لزوماً در همه مکان های کار تجهیزات شارژ مجهز نیستند. سرانجام ، خودروهای کلاس 3 کامیون های حمل و نقل هستند که در ساعات کار از شهر عبور می کنند. آنها از چندین گره در شبکه بازدید می کنند. به طور خاص ، یک وسیله نقلیه کلاس 3 از ساعت 8 صبح در گره 19 شروع می شود و از گره های 4 ، 2 ، 9 و 15 بازدید می کند. در ساعت 17 ، باید ماشین را در یک سپرده متصل به گره 12 بگذارید.

تصویر شبکه تحت آزمایش که در آن ژنراتورها و شارژرها نیز نشان داده شده اند

یک کامیون کلاس 3 دیگر که از گره 12 شروع می شود و برای بازدید از گره 35 و 32 لازم است. این ماشین باید ساعت 17 در گره 12 باقی بماند. گره های بازدید کننده از کلاسهای 3 برای انتخاب یک تحویل انتخاب شده اند سیستمی که با کامیون های خود از کل شبکه عبور می کند.

وسایل نقلیه مجهز به باتری هستند. این باتری ها در جدول 6 شرح داده شده است.

در مورد بازار برق ، قیمت های انرژی خریداری شده و فروخته شده در عملیات خودرو به شبکه (متغیرهای P-D و P-O در مدل ریاضی) ، بر اساس تقاضای گره ، به روشی واقع گرایانه تنظیم شده اند. به طور خاص ، ما برای کارهای خرید یک قیمت پایه معادل 11.54 سانتیمتر در کیلووات ساعت (خودرو شارژ می شود) و قیمت پایه 18.64 سنت در کیلووات ساعت برای عملیات فروش (خودرو به طور فعال تخلیه می شود) تعریف کرده ایم.

قیمت های خرید و فروش ثابت نیستند. اولاً ، قیمت مرجع فروش در هر گره به تقاضای آن بستگی دارد. با در نظر گرفتن تقاضا ، ما قیمت های مرجع زیر را برای انرژی فروخته شده توسط وسایل نقلیه در جدول 7 تعریف می کنیم. جدول 7 در ضمیمه آمده است. با توجه به این مقادیر ، گره های 2 ، 6 ، 13 ، 20 ، 33 و 34 درآمد بیشتری برای رانندگان در فرآیند فروش انرژی هنگام اتصال به آنها فراهم می کنند.

علاوه بر این ، هر دو قیمت فروش و قیمت خرید به زمانی که عملیات وسیله نقلیه به شبکه رخ می دهد بستگی دارد. بنابراین ، قیمت های مرجع که قبلاً تعریف شده اند با توجه به زمان انتقال انرژی در ضرایب جدول 8 ضرب می شوند. جدول 8 در پیوست موجود است. اشاره شده است که ، در طول شب ، سیستم به دلیل شارژ پایین آمدن خودرو ، طرفدار شارژ خودرو است. در مقابل ، در طول روز ، قیمت خرید بالاتر از قیمت فروش است.

نتایج و تجزیه و تحلیل

این مطالعه تجزیه و تحلیل مناسب بودن استفاده از الگوریتم مسیریابی و برنامه ریزی مشترک را انجام می دهد که ممکن است به رانندگان توصیه کند برای انجام روند شارژ / تخلیه ، تغییرات جزئی در سفرهای مورد انتظار خود ایجاد کنند. جدول 9 نتایج بدست آمده را هنگام استفاده از الگوریتم مشترک به نتایج حاصل از کاربرد پی در پی الگوریتم های مسیریابی و برنامه ریزی مقایسه می کند.

ترکیبی از مسیریابی و برنامه ریزی در یک مدل بهینه سازی منجر به سفرهای طولانی تر برای رانندگان کلاس 1 و کلاس 2 می شود (به ترتیب 25٪ و 5٪ طولانی تر). این مسیرهای طولانی تر ، باعث افزایش قابل توجه در تجارت انرژی انجام شده توسط وسایل نقلیه می شود. می توان مشاهده کرد که رانندگان کلاس 2 هنگام استفاده از مدل مشترک در مقایسه با اجرای پی در پی مسیریابی و زمان بندی ، 50٪ انتقال انرژی بیشتری را تجربه می کنند و این فقط با 5٪ مسیرهای طولانی تر حاصل می شود. افزایش انتقال انرژی درایورهای کلاس 1 با الگوریتم مسیریابی و برنامه ریزی مشترک تقریباً 20٪ است. به عنوان یک نتیجه گیری اولیه ، می توان بیان کرد که هیچ رابطه تناسبی بین افزایش طول مسیر و افزایش انتقال انرژی وجود ندارد. با این حال ، می توانیم نتیجه بگیریم که استفاده مشترک از الگوریتم مسیریابی و برنامه ریزی ، از عملکرد خودرو به شبکه بهره می برد.

ما همچنین مشاهده می کنیم که توصیه های مربوط به انحراف در مسیرها محدودیت های سفر را در نظر می گیرد. این رفتار در وسایل نقلیه کلاس 3 مشهود است که الگوریتم مشترک منجر به مسیری طولانی تر از کوتاهترین مسیرهای ناشی از الگوریتم مسیریابی و برنامه ریزی متوالی نمی شود.

در مورد تلفات ، این متناسب با انتقال انرژی در دو الگوریتم ارزیابی شده است زیرا رفتار واقعی شبکه الکتریکی را مدل می کند.

اگر به درآمدهایی که کاربران به دست می آورند توجه کنیم ، تفاوت ها کاملاً مشخص است. هنگام پیروی از استراتژی مشترک ، رانندگان در مجموع 1661.94 سنت در یک روز به دست می آورند. این پارامتر بسیار بیشتر از مزایای گزارش شده توسط برنامه پی در پی مسیریابی و برنامه ریزی است. در این روش ، کل درآمد در هر روز 265.40 سنت است. می توان نتیجه گرفت که تغییرات جزئی در سفرهای رانندگان منجر به افزایش قابل توجه سود آنها می شود.

در نتیجه ، الگوریتم تصمیم مشترک در مورد مسیرهای وسایل نقلیه الکتریکی و برنامه آنها برای عملیات خودرو به شبکه به وضوح فرآیندهای انتقال انرژی را افزایش می دهد در صورت امکان تغییر مسیر وسایل نقلیه. در نتیجه ، رانندگان درآمد قابل توجهی کسب می کنند. با در نظر داشتن این مزایا ، توصیه می شود که برخی ناوگان وسایل نقلیه (به عنوان مثال کامیون های حمل و نقل) طبق الگوریتم مشترک پیشنهادی مدیریت شوند.

نتیجه گیری

در این مقاله فعالیت ناوگان وسایل نقلیه الکتریکی با قابلیت های وسیله نقلیه به شبکه متمرکز شده است که در آن کاربران وسایل نقلیه الکتریکی تصمیم می گیرند که چه موقع و کجا انرژی خود را با شبکه رد و بدل کنند. به طور خاص ، یک فرمول برنامه ریزی خطی عدد صحیح مختلط ارائه شده است که به طور مشترک مسیریابی وسایل نقلیه الکتریکی و برنامه ریزی عملیات شارژ / تخلیه آنها را انجام می دهد. با ترکیب هر دو فرآیند ، به رانندگان وسایل نقلیه الکتریکی توصیه می شود برای افزایش درآمد خود ، تغییرات جزئی در رفتار مسیریابی و الگوی شارژ کلاسیک ایجاد کنند. نتایج نشان می دهد که انحراف جزئی از رفتار متداول کاربر (مربوط به حرکات و الگوی شارژ / تخلیه آنها) منجر به افزایش قابل توجهی در انتقال انرژی می شود. این درآمد قابل توجهی ایجاد می کند ، که مشارکت راننده در این بازار برق را تشویق می کند. الگوریتم محدودیت های مربوط به موقعیت هایی را که ممکن است رانندگان وسایل نقلیه الکتریکی اعمال کنند ، در نظر می گیرد. با توجه به این مزیت و این واقعیت که به رانندگان توصیه می شود انحرافات کمی ایجاد کنند (5درصد در یکی از موارد ارزیابی شده در مقاله) ، استفاده از الگوریتم مشترک مورد توجه است. درحال حاضر، بروی برنامه ریزی و مدیریت زمان استفاده از انرژی کار میکنم و در ماه های آتی،زمانبندی و مدیریت استفاده از انرژی را به اشتراک خواهم گذاشت.

ضمیمه

این بخش شامل برخی از داده های مربوط به سناریوی ارزیابی شده است.

منابع

[1]. university,TU delft & online conference,(taken from Aspa virtual Education,edx.org) aspeaev.ir

[2]. Trivi~no,A., & Aguado,J , & de la Torre,S. (2019), Energy, Joint routing and scheduling for electric vehicles in smart grids with

V2G, Journal of M_alaga, Spain, Energy 175 (2019) 113-122, doi.org/10.1016/j.energy.2019.02.184 , https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0360544219303901

[3]. Shaukat N, Khan B, Ali SM, Mehmood CA, Khan J, Farid U, Majid M, Anwar SM,

Jawad M, Ullah Z. A survey on electric vehicle transportation within smart grid

[4]. Bibak, B., & Tekiner Mogulkoç ,H (2021), A comprehensive analysis of Vehicle to Grid (V2G) systems and scholarly literature on the application of such systems, Industrial and Systems Engineering, Graduate School of Natural and Applied Sciences, Istanbul Sehir University, Istanbul, Turkey, www.renewableenergyfocus.com

[5]. K.Clement-Nyns, E.Haesen, J.Driesen, Electr.Power Syst. Res.81 (1)(2011) 185–192

[6]. B.Tarroja, L. Zhang, V. Wifvat, B. Shaffer, S. Samuelsen, Energy 106 (2016) 673–690.

[7]. L. Yao, W.H. Lim, T.S. Tsai, IEEE Trans. Smart Grid 8 (1) (2017) 52–62.

[8]. G.T. Costanzo, G. Zhu, M.F. Anjos, G. Savard, IEEE Trans. Smart Grid 3 (4) (2012) 2157–2165

[9]. Y. Lim, H.-M. Kim, S. Kang, T.-H. Kim, Integr. Comput. Eng. 19 (2012) 57–65

[10]. M. Moradijoz, M. Parsa Moghaddam, M.R. Haghifam, E. Alishahi, Int. J. Electr. Power Energy Syst. 46 (1) (2013) 115–122

[11]. O. Rahbari, et al. Energy 134 (2017) 1053–1067

[12]. D. Thomas, O. Deblecker, C.S. Ioakimidis, Appl. Energy 210 (2018) 1188–1206

[13]. Y. Zheng, Y. Shang, Z. Shao, L. Jian, Appl. Energy 217 (August (2017)) (2018) 1–13

[14]. C.G. Hoehne, M.V. Chester, Energy 115 (2016) 646–657

[15]. K.Clement-Nyns, E.Haesen, J.Driesen, Electr.Power Syst. Res.81 (1)(2011) 185–192

[16]. C. Peng, J. Zou, L. Lian, L. Li, Appl. Energy 190 (2017) 591–599