دانشگاه آزاد اسلامي
واحد بندرعباس
پايان‌نامه کار‌شناسي ارشد رشته مهندسي برق”M.SC. ”
گرايش : قدرت
عنوان:
تاثير شارژ خودروهاي الکتريکي ترکيبي بر ترانسفورماتورهاي توزيع
استاد راهنما:
دکتر سيد محمد موسوي آگاه
نگارش:
عبدالحسين عباسي
سال تحصيلي 93-92
دانشگاه آزاد اسلامي
واحد علوم و تحقيقات هرمزگان
پايان‌نامه جهت دريافت درجه کارشناسي ارشد ” M.SC. ”
رشته: برق قدرت
عنوان:
تاثير شارژ خودروهاي الکتريکي ترکيبي بر ترانسفورماتورهاي توزيع
نگارش:
عبدالحسين عباسي
هيات داوران : 1-
2-
3-
سال تحصيلي 93-92
تقديم به:

تقديم به :
پدر و مادر عزيزم ،كه توفيق خود را نتيجه راهنمايي‌ها، فداكاريها و دعاي خير ايشان مي‌دانم. باشد كه قطره‌اي از درياي بي‌كران محبّت‌هايشان را سپاس گفته‌ باشم.
سپاسگزاري:
سپاس خداي ؛را كه توفيق فراگيري علم برمن عطا فرمود و مرا در مشكلات و سختي‌ها ياري نمود،تا
اين پايان نامه را با موفقيّت به پايان رسانم.
محقق بدينوسيله مراتب تقدير وتشکرخودراخالصانه تقديم بزرگواراني مي کندکه بدون همراهي و همدلي ايشان قطعاً انجام اين پايان نامه ميسر نمي گرديد. از استاد فرزانه جناب آقاي دکتر سيد محمد موسوي آگاه که قبول زحمت فرموده و راهنمايي اين پايان نامه را با دقت نظر علمي خويش به عهده گرفتند و با روشنگريهاي خويش به محتواي پايان نامه غنا بخشيدند.
فهرست مطالب
صفحهعنوان2فصل اول : کليات تحقيق3مقدمه61-1 ضرورت بررسي اثر شارژ خودروهاي الکتريکي بر پيري ترانسفورماتورهاي توزيع 71-2 اهداف تحقيق71-3 سوالات تحقيق81-4 فرضيات تحقيق9فصل دوم : مباني نظري و پيشينه‌ي تحقيق102-1 بررسي اثر شارژ خودروهاي الکتريکي ترکيبي روي تلفات توان و انحراف ولتاژ در شبکه توزيع102-1-1 شارژ غير هماهنگ112-1-2 شارژ هماهنگ شده 142-2 بررسي اثر افزايش تعداد خودرو بر تلفات و هزينه سرمايه گذاري در شبکه قدرت162-2-1 سرمايه گذاري افزايشي در ساعت هاي پيک182-2-2 کاهش سرمايه گذاري در ساعات پيک با راهبرد شارژ هوشمند192-2-3 انتقال زمان شارژ به ساعات غير پيک202-2-4 تلفات افزايشي انرژي202-3 شارژ بهينه خودرو هاي الکتريکي با رعايت قيود شبکه توزيغ و انتقال قدرت ماکزيمم212-3-1 تابع هدف استاندارد212-3-2 قيود مسئله بهينه سازي222-3-3 تابع هدف وزني232-3-4 ولتاژ شبکه در حالت شارژ کنترل نشده وکنترل شده خودرو252-4 انتقال توان از خودرو به شبکه توزيع و تامين ذخيره چرخان و تثبيت فرکانس شبکه28فصل سوم : روش تحقيق29مقدمه 303-1 اندازه‌گيري و ثبت اطلاعات بار مبنا در ترانسفورماتور تحت بررسي323-2 طبقه بندي و مقايسه بار مبنا در ترانسفورماتور343-3 شبيه سازي دماي محيط 353-4 مدل بار خودروي الکتريکي ترکيبي363-5 تعيين بازه‌هاي زماني شارژ براي خودروهاي الکتريکي373-6 تعيين ضرايب نفوذ خودروهاي الکتريکي383-7 استفاده از مدل حرارتي ترانسفورماتور توزيع403-8 مدل نرخ از دست رفتن عمر در ترانسفورماتور روغني 413-9 چگونگي کاهش عمر ترانسفورماتور‌ها در حضور خودروهاي الکتريکي ترکيبي43فصل چهارم : شبيه سازي و بيان نتايج حاصل از تحقيق44مقدمه444-1 شبيه سازي شارژ خودروهاي الکتريکي454-2 شبيه سازي دماي محيط براي روز نوعي فصلي 454-3 شبيه سازي بار مبنا براي روز نوعي فصلي در روز کاري /تعطيل454-4 مشخصات ترانسفورماتور تحت بررسي464-5 نتايج حاصل از شبيه سازي504-6 تحليل اثر ضرايب نفوذ بر نرخ از دست رفتن عمر ترانسفورماتور‌هاي توزيع524-7 متوسطه ساليانه نرخ از دست رفتن عمر ترانسفورماتور‌هاي توزيع در دوره‌هاي مختلف شارژ54فصل پنجم : بحث و نتيجه‌گيري555-1 بررسي فناوري‌هاي رايج در ساخت خودروهاي الکتريکي555-2 تعيين بازه زماني مناسب براي شارژ خودروهاي الکتريکي565-3 تعيين حداکثر ضرايب نفوذ با شرط عدم وجود روند پيري در ترانسفورماتور575-4 تاثير شارژ خودروهاي الکتريکي بر روند پيري ترانسفورماتور575-5 تاثير افزايش ضريب نفوذ خودروهاي الکتريکي بر پيري ترانسفورماتور‌هاي توزيع58نتيجه گيري و جمع‌بندي نهايي59منابع و ماخذ62پيوست‌ها
فهرست جدول ها
عنوانصفحهجدول 2-1 نسبت تلفات به قدرت کل براي شارژر 4 کيلو وات در شارژ ناهماهنگ11جدول 2-2 انحراف ولتاژ براي شارژر 4 کيلو وات در شارژ ناهماهنگ11جدول 2-3 نسبت تلفات به قدرت کل براي شارژر 4 کيلووات در شارژ هماهنگ شده12جدول 2-4 انحراف ولتاژ براي شارژر 4 کيلو وات در شارژ هماهنگ شده12جدول 2-5 وضعيت انحراف فرکانس در شبکه تحت مطالعه26جدول 4-1 پارامترهاي حرارتي ترانسفورماتور نمونه 46جدول 4-2 مقادير نرخ از دست رفتن ساليانه عمر براي8 روزنوعي 53
فهرست شکل ها
عنوانصفحهشکل 2-1 پروفايل ولتاژ در يک گره براي ضريب نفوذ صفر10%،30% براي شارژ هماهنگ شده13شکل 2-2 منطقه مسکوني A14شکل 2-3 منطقه مسکوني صنعتيB 15شکل 2-4 هزينه افزايش سرمايه گذاري و نگهداري در منطقه A17شکل 2-5 هزينه افزايش سرمايه گذاري و نگهداري در منطقه B17شکل 2-6 هزينه افزايش سرمايه گذاري در ساعات پيک به ازاي ضريب همزماني يک وکمتر از يک 19شکل 2-7 پروفايل ولتاژ براي نقطه اتصال درگره 6 و تغيرات شارژ خودرو با استفاده از تابع هدف استاندارد24شکل 3-1 پروفايل بار الکتريکي براي روز کاري زمستان و تابستان33شکل 3-2 پروفايل دماي محيط براي روز کاري زمستان و تابستان35شکل 4-1 شماي کلي شبيه سازي47شکل 4-2 نرخ ا ز دست رفتن عمر ترانسفورماتور در دوره شارژ روز47شکل 4-3 نرخ ا ز دست رفتن عمر ترانسفورماتور در دوره شارژ عصر48شکل 4-4 نرخ ا ز دست رفتن عمر ترانسفورماتور در دوره شارژ شب49
چکيده
استفاده از خودروهاي الکتريکي نظير خودروهاي الکتريکي ترکيبي در صنعت حمل و نقل روز بروز بيشتر مي‌شود. باطري اين خودروها مي‌توانند از طريق سوکت برق خانگي يا از طريق پارکينگ‌هاي عمومي شارژ گردد. بار اضافي ناشي از شارژ باطري خودروها مي‌تواند موجب بروز پيامد‌هاي زيانبار روي شبکه توزيع گردد که از جمله اين پيامدها کاهش عمر تجهيزات شبکه قدرت مي‌باشد. در اين پايان‌نامه با بکارگيري مدل حرارتي ترانسفورماتور و محاسبه دماي نقطه داغ ترانسفورماتور، اثرات ناشي از حضور تعداد مختلف خودروي الکتريکي و بازه‌هاي زماني شارژ آنها بر نرخ از دست رفتن عمر ترانسفورماتورهاي توزيع مورد بررسي و ارزيابي قرار مي‌گيرد. روش مورد نظر روي يک ترانسفورماتور توزيع نمونه که تامين کننده توان الکتريکي مصارف خانگي است پياده‌سازي مي‌گردد. نتايج بدست آمده از نمودارها بصورت کمي نشان مي‌دهد که دوره شارژ شبانه کمترين اثر را بر نرخ از دست رفتن عمر ترانسفورماتور دارد. اين در حالي است که شارژ خودروها در بازه زماني عصر و ابتداي شب که همزمان با پيک مصرف خانگي است، بيشترين اثر رابر نرخ از دست رفتن عمر ترانسفورماتور خواهد داشت .
در ادامه محاسبات نشان خواهد داد که حضور30% خودروي‌ الکتريکي در بازه زماني شارژ عصر، در مقايسه با شرايط عدم حضور خودرو، موجب900% افزايش در نرخ از دست رفتن عمر ترانسفورماتور مي‌گردد.
کلمات کليدي: ترانسفورماتور توزيع، نرخ از دست رفتن عمر، خودروهاي الکتريکي ترکيبي، شبکه توزيع ، شارژ باطري.
فصل اول
کليات تحقيق
مقدمه:
توسعه سريع فنّاوري در بخش حمل ‌و نقل به همراه نگراني‌هاي زيست محيطي افزايش قيمت نفت سبب شده تا تلاش‌هايي در جهت رفع وابستگي به سوخت‌هاي فسيلي در بسياري از کشورهاي دنيا انجام شود. يکي از تلاش‌هاي انجام شده در اين زمينه، سرمايه‌گذاري جهت طراحي و ساخت خودروهاي الکتريکي است. بر اين اساس بسياري از شرکت‌هاي معتبر سازنده خودرو اقدام به توليد تجاري خودروهاي الکتريکي نموده‌اند.
ساخت تجاري خودروهاي الکتريکي به دو صورت خودروهاي کاملاً مبتني بر باطري و خودروهاي ترکيبي بنزيني- الکتريکي انجام مي‌شود. خودروهاي کاملاً مبتني بر باطري، نيروي محرکه خود را از باطري‌هاي قابل شارژ نصب شده بر روي خودرو تأمين مي‌کنند. جهت عملکرد روزانه اين خودروها ،باطري موجود در خودروها مي‌بايست در ايستگاه‌هايي در سطح شهر شارژ شوند. استفاده از اين خودروها به دليل زمان طولاني انتظار جهت شارژ باطري در ايستگاه‌هاي شارژ و همچنين عملکرد پائين‌تر از لحاظ سرعت و شتاب نسبت به خودروهاي بنزيني با استقبال مواجه نگرديد. گرچه با تمرکز بسياري از شرکت‌هاي معتبر سازنده خودرو بر بهبود کيفيت خودروهاي کاملاً مبتني بر باطري و استفاده از شارژ سريع براي شارژ آن‌ها انتظار مي‌رود در آينده نزديک اين خودروها نيز بازار خود را در کاربردهاي خاص پيدا کنند. در مقابل در طي چند سال گذشته توليد خودروهاي ترکيبي بنزيني -الکتريکي در دستور کار شرکت‌هاي سازنده خودرو بوده و عرضه اين محصولات به بازار در حال افزايش است. با توجه به کاهش قيمت تکنولوژي بکار رفته در اين خودروها انتظار مي‌رود استقبال مشتريان از اين خودرو در آينده نزديک افزايش چشمگيري پيدا کند. در خودروهاي ترکيبي بنزيني- الکتريکي، نيروي محرکه خودرو از ترکيب کارکرد توام موتور احتراقي بنزيني و موتور الکتريکي توليد مي‌گردد. در اين ترکيب از طرفي ميزان مصرف سوخت در اين خودروها نسبت به خودروهاي بنزيني کاهش پيدا مي‌کند و از طرف ديگر، عملکرد آن‌ها نسبت به خودروهاي الکتريکي کاملاً مبتني بر باطري بهبود مي‌يابد.
نکته قابل توجه در افزايش بکار گيري خودروهاي ترکيبي، اين است که فناوري مورد استفاده در باطري اين خودروها، امکان شارژ آن‌ها را از هر منبع خارجي فراهم مي‌آورد. اين منبع قدرت خارجي مي‌تواند شبکه قدرت باشد و شارژ خودروهاي مذکور مي‌تواند در هر مکان ممکن مانند خانه‌هاي مسکوني که دسترسي به شبکه قدرت به‌راحتي امکان پذير است، انجام شود.
امکان شارژ آسان اين خودروها سبب مي‌شود که صاحبان آن در طي سفرهاي روزانه داخل شهري خود، از خودرو استفاده کرده و هنگام بازگشت به منزل، بااتصال خودرو به سوکت برق خانگي، خودرو خود را براي سفر روز آينده آماده نمايند. درطي دوره اتصال اين خودروها به سوکت برق، انرژي مورد نياز براي شارژ مجدد باطري خودروهاي ترکيبي، از شبکه قدرت تأمين مي‌گردد. در اين زمينه توجه به اين نکته ضروري است که استفاده از اين خودروها که جهت صرفه جويي در مصرف سوخت توسعه پيدا کرده است مي‌تواند سبب ايجاد اثرات نامطلوبي بر روي شبکه قدرت گردد. زيرا انرژي مورد نياز براي شارژ اين خودروها را مي‌توان مانند انرژي لازم جهت تغذيه يک مجموعه بار اضافي براي شبکه قدرت مدل‌سازي نمود که در هر زمان ممکن مي‌تواند به شبکه متصل شوند. اين در حالي است که طراحي و ساخت بسياري از شبکه‌هاي قدرت مورد بهره‌برداري، بدون در نظر گرفتن امکان اتصال اين تجهيزات به شبکه انجام شده است. از آنجا که شارژ بدون آگاهي اين تجهيزات از طريق شبکه‌هاي قدرت مي‌تواند منجر به مشکلات عديده‌اي در عملکرد عادي شبکه‌ها گردد، محققين بسياري به مطالعه اثرات فني اتصال خودروهاي الکتريکي قابل شارژ بر عملکرد شبکه‌هاي قدرت پرداخته‌اند.
با توجه به اينکه درک اثرات شارژ خودروهاي الکتريکي بر شبکه قدرت و اقدام جهت حذف يا کاهش اين آثار مستلزم برنامه ريزي شبکه قدرت و اجراي راهکارهاي بلند مدت پيشگيرانه است، لازم است شناخت کافي در اين زمينه پيش از استفاده گسترده از آن‌ها به دست آيد. به همين دليل در بسياري از مراجع]1[-]5[، محققين به مطالعه اثرات گوناگون ناشي از اتصال اين خودروها در زمينه‌هاي تغير پروفيل بار مصرف کنندگان، افزايش تلفات و افت ولتاژ شبکه قدرت پرداخته‌اند. اما به اثرات شارژ خوروهاي الکتريکي بر عمر تجهيزات الکتريکي شبکه قدرت توجه خاصي نشده است. اين در حالي است که با اتصال خودروهاي الکتريکي به شبکه قدرت، ميزان توان عبوري از تجهيزات شبکه افزايش مي‌يابد و اين مطلب مي‌تواند منجر به کاهش عمر آن‌ها گردد. با توجه به اتصال خودروهاي الکتريکي به سوکت هاي خانگي، انتظار مي‌رود شبکه‌هاي توزيع نسبت به بخش‌هاي توليد و انتقال تأثير بيشتري را از شارژ خودروهاي مذکور بپذيرند. همچنين از مهم‌ترين تجهيزات شبکه توزيع که داراي هزينه‌هاي بالايي بوده و به ‌وفور در شبکه‌هاي توزيع يافت مي‌شوند، ترانسفورماتورهاي توزيع هستند. به همين دليل، اين پايان نامه بر مطالعه عمر ترانسفورماتورهاي توزيع در حضور خودروهاي الکتريکي متمرکز مي‌شود.
در اين راستا همانگونه که در مراجع]8 [- ]6 [نشان مي‌دهد ترانسفورماتورهاي توزيع عمدتاً تحت تأثير استرس‌هاي حرارتي دچار پيري يا از دست رفتن عمر مي‌شوند. در اين تحقيق تحليل عمر ترانسفورماتورهاي توزيع تحت تأثير استرس‌هاي حرارتي، بر اساس دماي نقطه داغ انجام مي‌شود. روش‌هاي متعددي در مراجع ]9 [و]10 [جهت محاسبه اين کميت ارائه شده است. روش ارائه شده در مرجع]9 [از مقبوليت عام برخوردار بوده و در بسياري از مراجع دقت آن مورد تائيد قرار گرفته است. لذا در اين پايان نامه از اين روش جهت تحليل عمر ترانسفورماتورهاي توزيع استفاده مي‌شود. بر اساس اين روش تغييرات دماي هوا و بار عبوري از ترانسفورماتور پارامترهاي تعين کننده در روند پيري ترانسفورماتورها هستند. به عبارت ديگر هرگونه افزايش دماي محيط و افزايش بار ترانسفورماتور موجب سريع‌تر شدن روند پيري ترانسفورماتور مي‌گردد. از طرفي، اتصال خودروهاي الکتريکي به شبکه توزيع سبب بالا رفتن بار ترانسفورماتور در بازه‌هاي خاصي از شبانه روز مي‌گردد. لذا مي‌توان انتظار داشت که روند پيري ترانسفورماتورهاي توزيع، در حضور خودروهاي الکتريکي افزايش يابد. اما در مراجع موجود شناخت کافي و مدل رياضي جهت تعين اندازه عددي تأثير شارژ خودروهاي الکتريکي خصوصاً ضريب نفوذ و بازه‌هاي زماني شارژ آن‌ها بر روند پيري ترانسفورماتورهاي توزيع وجود ندارد.
در اين پايان نامه روشي ارائه مي‌شود که توسط آن مي‌توان اثرات شارژ خودروهاي الکتريکي ترکيبي را بر روند از دست رفتن عمر ترانسفورماتورهاي توزيع از ديدگاه عددي مورد بررسي قرار داد. بر اين اساس ابتدا مدل تصادفي جامعي از الگوي مصرف انرژي الکتريکي توسط اين خودروها در زمان اتصال به شبکه توزيع ارائه مي‌شود. مدل به دست آمده به همراه الگوي بار مصرف کنندگان شبکه توزيع و الگوي تغييرات دماي هوا در روزهاي نوعي سال مورد استفاده قرار مي‌گيرد تا تحليل عمر ترانسفورماتورهاي توزيع در حضور خودروهاي الکتريکي انجام شود.
در ادامه با مدل‌سازي سناريوهاي مختلف شارژ، اثرات زمان اتصال خودروهاي الکتريکي به شبکه بر نرخ از دست رفتن عمر ترانسفورماتورهاي توزيع تحليل مي‌شود. نتايج حاصل مي‌تواند درک درستي از ميزان پيري ترانسفورماتورهاي توزيع ناشي از شارژ خودروهاي الکتريکي براي متصديان شبکه ارائه نمايد، تا از اين طريق برنامه ريزي تقويت ساختار و گسترش شبکه با در نظر گرفتن شارژ خودروهاي الکتريکي انجام گردد.
در ادامه اين فصل، ابتدا کليات تحقيق شامل طرح موضوع، بيان مسئله و ضرورت بررسي موضوع، سؤالات، اهداف و فرضيات تحقيق معرفي مي‌شود. سپس در فصل دوم برخي از تحقيقات انجام شده قبلي در خصوص تأثير شارژ خودروهاي الکتريکي بر تلفات توان، تغير ولتاژ، تأثير افزايش ضريب نفوذ بر هزينه‌هاي سرمايه گذاري و تلفات شبکه، تأثير نحوه اعمال جريان شارژ و .. مورد بررسي قرار مي‌گيرد. در فصل سوم نحوه بدست آوردن اطلاعات مورد نياز براي انجام پايان نامه و چگونگي دسته بندي اطلاعات بار و دما جهت استفاده در مدل به ‌منظور محاسبه دماي نقطه داغ تشريح شده و در ادامه اجزاي مدل نرخ از دست رفتن عمر ترانسفورماتور معرفي مي‌گردد. در فصل چهارم ضمن ارائه الگوريتم کلي شبيه سازي انجام گرفته، نتايج حاصل از بکارگيري مدل براي محاسبه نرخ از دست رفتن عمر يک عدد ترانسفورماتور نمونه با مشخصات موجود، بررسي و تفسير مي‌گردد. در نهايت در فصل پنجم نتايج حاصل از شبيه‌سازي با سوالات و اهداف تحقيق مقايسه و جمع‌بندي نهايي انجام مي‌گيرد.
1-1-ضرورت بررسي اثر شارژ خودروهاي الکتريکي بر پيري ترانسفورماتورهاي توزيع
با توجه به روند پيشرفت فناوري خودروهاي الکتريکي قابل شارژ، انتظار ميرود به‌ زودي تعداد زيادي از خودروهاي الکتريکي جهت شارژ به شبکه قدرت متصل شوند. انرژي مورد نياز براي شارژ اين خودروها به‌ صورت انرژي لازم جهت تغذيه يک مجموعه بار اضافه براي شبکه قدرت قابل مدل‌سازي است. درک اثرات فني بار اضافي تحميل شده از طرف اين خودروها بر عملکرد شبکه قدرت، اهميت بسياري براي متصديان شبکه دارد. زيرا به کمک اين مطالعات، متصديان شبکههاي قدرت قادر خواهند بود برنامهريزي تقويت و توسعه آينده شبکه را به‌ گونه‌اي انجام دهند که اولاً شبکه توانايي تغذيه خودروهاي الکتريکي را داشته باشد و ثانياً عملکرد شبکه هنگام اتصال اين خودروها به ‌صورت بهينه يا نزديک به بهينه انجام شود.
يکي از مهم‌ترين اثرات فني شارژ خودروهاي الکتريکي از طريق شبکه قدرت، تغيير روند از دست رفتن عمر ترانسفورماتورهاي توزيع در حضور اين خودروها است، که در مراجع توجه کمتري به آن شده است. اين در حالي است که با اتصال خودروهاي الکتريکي به شبکه قدرت، ميزان توان عبوري از ترانسفورماتورهاي توزيع افزايش مييابد و اين مطلب ميتواند منجر به کاهش طول عمر آن‌ها گردد. هدف از اين پايان نامه، ارائه روشي جهت تعيين تأثير شارژ خودروهاي الکتريکي، ضريب نفوذ و بازههاي اتصال آن‌ها بر روند از دست رفتن عمر ترانسفورماتورهاي توزيع ميباشد. ضرورت انجام اين تحقيق آن است که تنها با تعيين اثرات اتصال خودروهاي الکتريکي قابل شارژ به شبکه بر عملکرد تجهيزات قدرت، ميتوان برنامهريزي تقويت ساختار شبکه موجود و گسترش آينده شبکه را انجام داد. با توجه به اينکه درک مجموعه اثرات ناشي از شارژ خودروهاي الکتريکي بر شبکه قدرت و اقدام جهت حذف يا کاهش اين آثار مستلزم برنامهريزي شبکه قدرت و اجراي راهکارهاي بلندمدت پيشگيرانه است، لازم است شناخت کافي نسبت به جنبههاي مختلف شارژ خودروهاي ترکيبي قابل اتصال به شبکه، پيش از استفاده گسترده از آن‌ها به دست آيد تا با افزايش تعداد اين خودروها، مشکلات پيش روي اتصال آن‌ها به شبکه قدرت، به‌ گونه‌اي پيشگيرانه از بين رفته باشد.
1-2-اهداف تحقيق
در راستاي انجام پايان نامه اهداف خاصي پيش بيني شده که يکي از اين اهداف، مطالعه و بررسي و آشنايي با فناوريهاي تجاري رايج در خودروهاي الکتريکي است. آشنايي با اين فناوري‌ها مي‌تواند به ‌منظور بکارگيري آن‌ها در تحقيقات آتي و استفاده از تکنولوژي‌هاي روز دنيا در صنعت برق و حمل‌ و نقل کشور مورد استفاده قرار گيرد.
شارژ خودروهاي الکتريکي در هر دوره شارژ با عدم قطعيت زيادي همراه است و با استفاده از الگوريتم‌هاي شناخته شده امکان تعين تعداد خودروهايي که در هر دوره شارژ به شبکه متصل مي‌شوند مقدور نيست. استفاده از شبيه‌سازي مونت کالرو براي تعين الگوي تصادفي شارژ خودروهاي الکتريکي، از اهداف اين پايان‌نامه است.
از طرف ديگر پيادهسازي مدل رياضي و عددي نرخ از دست رفتن عمر ترانسفورماتورهاي توزيع با در نظر گرفتن اتصال خودروهاي الکتريکي به شبکه توزيع و تعيين و ارزيابي اثر ضرايب نفوذ مختلف و بازههاي مختلف شارژ خودروهاي الکتريکي بر پيري ترانسفورماتورهاي توزيع يکي ديگر از اهداف اين تحقيق است که به ارائه مدل نهايي منجر مي‌شود.
در نهايت تعيين بازههاي زماني بهينه به ‌منظور مديريت شارژينگ خودروهاي الکتريکي از موارد مطلوب در پايان‌نامه است که در بهره‌برداري بهينه و مناسب از شبکه توزيع کاربرد دارد.
1-3- سؤالات تحقيق
با توجه به مقدمه ارائه شده در ابتداي اين فصل و ضرورت انجام پايان‌نامه، يکي از سؤالات قابل طرح در روند انجام پايان‌نامه”تعين اثر شارژ باتري خودروهاي الکتريکي بر روند از دست رفتن عمر ترانسفورماتورهاي توزيع”است که کيفيت و کميت اين تأثير بايد در پايان‌نامه ارائه شود.
“تعين حداکثر ضريب نفوذ خودروهاي الکتريکي که ميتوانند بدون تجاوز نرخ از دست رفتن عمر ترانسفورماتورهاي توزيع بار خانگي از مقداري معين، از طريق شبکه قدرت شارژ شوند”، از ديگر موارد مطلوب در پايان نامه است که بايد در راستاي انجام پايان‌نامه مشخص شود.
در ادامه جهت تأمين انرژي مورد نياز خودروهاي الکتريکي لازم است”بازه زماني مناسب و بهينه براي شارژ خودروهاي الکتريکي از نظر اثرگذاري بر روند از دست رفتن عمر ترانسفورماتورهاي توزيع” تعين گردد.
1-4- فرضيات تحقيق
فرضيات انجام شده در اين پايان‌نامه عبارتند از:
– شارژ خودروهاي الکتريکي از طريق سوکتهاي برق خانگي انجام مي‌شود.
– مشخصات باتريهاي خودروهاي الکتريکي مورد مطالعه بر اساس نمونههاي تجاري موجود انتخاب ميشوند.
– هر يک از مصرفکنندگان شبکه قدرت ميتوانند حداکثر يک خودروي الکتريکي را از طريق سوکت برق خانگي خود شارژ نمايند.
– بررسي اثر تعداد مختلف خودروهاي الکتريکي، بر اساس ضرايب نفوذ آنها انجام مي‌شود و براي ضرايب نفوذ مختلف، توزيع خودروها در شبکه توزيع به‌ صورت يکنواخت در نظر گرفته مي‌شود.
فصل دوم
مباني نظري و پيشينه تحقيق
2-1- بررسي اثر شارژ خودروهاي الکتريکي ترکيبي روي تلفات توان و انحراف ولتاژ در شبکه توزيع
اتصال خودروهاي الکتريکي ترکيبي1به شبکه از طريق سوکت خانگي يا پارکينگ‌هاي عمومي مخصوص شارژ خودروها موجب اضافه شدن جريان شارژ خودروها به شبکه توزيع مي‌شود. بار اضافي ناشي از شارژ خودروها موجب تلفات توان و انحراف ولتاژ در شبکه مي‌شود. از ديدگاه بهره بردار سيستم قدرت، تلفات توان و عوامل مؤثر بر کيفيت توان نظير پروفيل ولتاژ و عدم تعادل ولتاژ در حين شارژ خودروها يک نگراني اقتصادي و فني است که بايد محدود و کنترل گردد. اين مقاله]5 [نشان مي‌دهد با اعمال شارژ کنترل شده به خودروها تلفات توان و انحراف ولتاژ در محدوده مجاز کنترل مي‌گردد. لذا با حل مسئله بهينه سازي با هدف مينيمم کردن تلفات توان، شارژ بهينه هر شارژر تعين مي‌گردد. در هر دوره شارژ خودرو بايد براي مسافرت روز بعد آماده باشد لذا در انجام بهينه سازي، قيد رسيدن باطري به شارژ کامل در طول دوره شارژ به مسئله بهينه‌سازي اضافه مي‌شود. زمان جدا شدن از شارژ نيز توسط صاحب خودرو تعين مي‌گردد. در مقاله]5 [اثر شارژ کنترل شده در مقايسه با شارژ کنترل نشده مورد بررسي و تحليل قرار گرفته است. براي اين منظور شبکه شعاعي IEEE34-nodetest feeder با بار خانگي مورد استفاده قرار گرفته است. همچنين دو پروفايل بار روزانه 24 ساعت در مبناي بار 15 دقيقه‌اي يکي براي فصل زمستان و ديگري براي فصل تابستان در اين مقاله در نظر گرفته شده است.
2-1-1- شارژ غير هماهنگ
امروزه صاحبان خودروهاي الکتريکي نه اطلاعات و نه انگيزه خاصي براي زمان‌‌بندي و کنترل شارژ خودرو، و استفاده بهينه از شبکه توزيع را دارند. در اين نحوه اتصال خودرو الکتريکي ترکيبي به شبکه هيچ سيستم کنترل و يا اندازه گيري هوشمندي وجود ندارد. بنابر اين خودروها بدون هماهنگي و برنامه شارژ مي‌شوند. به عبارتي به ‌محض اتصال به شبکه توزيع يا پس از يک تأخير زماني ثابت باطري شروع به شارژ شدن مي‌کند. در اين روش شارژ، جريان گرفته شده از شبکه توزيع نيز طبيعتاً بالا است.
در مقاله]5 [اثر شارژ ناهماهنگ خودروها روي شبکه توزيع نمونه، در جدول مقادير انحراف ولتاژ و اتلاف توان محاسبه و نشان داده شده است. بار شبکه شامل بار خانگي و بار شارژرها (در صورت وجود) است. همان‌گونه که از نتايج مشخص است در تمام حالت‌ها تلفات توان در زمستان بيشتر از فصل تابستان است و اين به دليل بالاتر بودن بار خانگي در اين فصل است. همچنين افزايش تعداد خودروها (يا افزايش ضريب نفوذ خودرو ) موجب افزايش تلفات توان مي‌گردد.
جدول 2-1 نسبت تلفات به قدرت کل براي شارژر4 کيلووات و شارژ ناهماهنگ]5 [
30%20%10%0%Penetration levelCharging period2.2
2.41.9
2.11.4
1.61.1
1.4Summer
Winter21h00-06h005.0
6.03.8
4.82.4
3.41.5
2.4Summer
Winter18h00-21h003.2
3.62.6
3.01.8
2.21.3
1.7Summer
Winter10h00-16h00انحراف ولتاژ شبکه از مقدار نامي (در اين مقاله230 ولت) در جدول 2-2 ارائه شده است. بر اساس نتايج به دست آمده افزايش تعداد خودروها موجب افزايش بارز انحراف ولتاژ مي‌گردد. در ضريب نفوذ 30% انحراف ولتاژ به مقدار10% در زمان پيک عصر مي‌رسد که ماکزيمم انحراف قابل قبول در شبکه است. همان‌گونه که از جداول2-1و2-2 مشخص است تلفات توان و انحراف ولتاژ در محدوده زماني شارژ عصر(بين ساعات 18 و21 ) داراي بيشترين مقدار است. دليل اين امر دو چيز است اول اين که شارژ بايد در محدوده زماني چهار ساعت انجام شود لذا شارژر بايد در قدرت ماکزيمم خود کار کند تا باطريها به ماکزيمم ظرفيت خود برسند و از طرف ديگر مصرف بار خانگي در اين بازه زماني بيشترين مقدار خود را دارا است.
پروفايل ولتاژ در يک گره براي ضرايب نفوذ0%و30% در بازه زماني شب زمستان نشان مي‌دهد بيشترين کاهش ولتاژ در خلال دوره شارژ بين ساعت‌هاي 4 تا23 که اغلب خودروها در حالت شارژ بوده اتفاق مي‌افتد که دليل آن بالاتر بودن قدرت شارژرها در مقايسه با بار خانگي است.
جدول 2-2انحراف ولتاژ براي شارژ4 کيلو وات وشارژهماهنگ نشده]5 [
30%20%10%0%Penetration levelCharging period5.3
5.54.4
4.93.5
4.43.1
4.2Summer
Winter21h00-06h008.1
10.36.5
8.54.4
6.33.0
4.8Summer
Winter18h00-21h006.9
7.75.6
6.44.1
4.93.0
3.7Summer
Winter10h00-16h00
2-1-2- شارژ هماهنگ شده
ايده شارژهماهنگ شده با هدف رسيدن به شارژ بهينه و استفاده بهينه از شبکه براي کاهش تلفات ارائه شده است. اجراي اين تکنيک درعمل با کنترل مستقيم شارژ خودرو، اندازه گيري هوشمند کميت‌هاي ولتاژ گره و جريان شارژ و ارسال سيگنال به خودرو امکان پذير است.
برنامه بهينه سازي دراين مقاله با استفاده از تکنيک برنامه ريزي نمايي2 قابل انجام گرفته است. اين تکنيک تابع درجه دوم از چند متغير را که در اين جا قدرت شارژرهاي مربوط به خودروها مي‌باشند را تحت قيود خطي بهينه مي‌کند. با مينيمم شدن تلفات توان، صاحبان خودروها قادر به کنترل پروفايل شارژ نبوده و تنها انتخاب زمان اتمام شارژ باطريها توسط آنها تعين مي‌شود. معمولاً زمان انتهاي شارژ را زمان مورد نياز براي آماده بکار بودن خودرو انتخاب مي‌کنند. يکي از قيود مسئله بهينه سازي، قدرت شارژر‌ها است که بين صفر وچهار کيلو وات تغير مي‌کند و مقدار ثابتي است و قيد مهم ديگر اينکه باطريها بايد در انتهاي مرحله شارژ، کاملاً شارژ باشند. بهينه سازي در بازه زماني، فصول و ضرايب نفوذ متفاوت انجام مي‌شود و نتايج حاصله با شارژ کنترل نشده مقايسه مي‌گردد.
جداول مربوط به انحراف ولتاژ و تلفات توان در حالت شارژ هماهنگ شده به شرح زير است.
جدول2-3 نسبت تلفات به قدرت کل براي شارژر4 کيلووات وشارژ هماهنگ شده]5 [
30%20%10%0%Penetration levelCharging period1.9
2.11.7
1.81.3
1.51.1
1.4Summer
winter21h00-06h004.7
5.853.7
4.72.3
3.31.5
2.4Summer
winter18h00-21h002.8
3.22.3
2.71.7
2.11.3
1.7Summer
winter10h00-16h00جدول2-4 انحراف ولتاژ براي شارژ 4 کيلو وات و شارژ هماهنگ شده]5 [
30%20%10%0%Penetration levelCharging period3.7
4.33.3
4.23.1
4.23.1
4.2Summer
winter21h00-06h007.2
9.15.8
7.84.1
6.33.0
4.8Summer
winter18h00-21h004.7
5.54.1
4.93.3
4.03.0
3.3Summer
winter10h00-16h00
با مقايسه جداول مربوط به شارژ هماهنگ شده و شارژ هماهنگ نشده مشخص مي‌گردد براي همه بازه‌هاي شارژ و فصول، تلفات توان با شارژ هماهنگ شده کاهش پيدا مي‌کند. همچنين انحراف ولتاژ بر اساس استانداردEN50160 ]5 [براي ضريب نفوذ30% قابل قبول بوده و مقدار آن کمتر از10% است. ولي در صورت افزايش تعداد خودروها، مقادير افزايش تلفات و انحراف ولتاژ براي شارژ روز بيشتر از شب خواهد بود.
شکل 2-1 نشان مي‌دهد که ماکزيمم انحراف ولتاژ در خلال شارژ شبانه با تعداد خودرو صفر، در ابتداي بازه شارژ و زماني که بارهاي خانگي هنوز بالا هسنتد اتفاق مي‌افتد. همانگونه که از شکل مشاهده مي‌گردد يکسان بودن منحني ولتاژ مربوط به ضريب نفوذ صفر و10%، به معناي شارژ نشدن خودروها در زمان پيک بارهاي خانگي است. در ضريب نفوذ صفر و10% و در ابتداي بازه شارژ شبانه ماکزيمم انحراف ولتاژ را خواهيم داشت که دليل آن پيک بار خانگي است. با گذشت زمان و کم شدن بار خانگي شارژ خودروها بتدريج شروع شده و باعث کم شدن ولتاژ در شبکه مي‌گردد. در ضريب نفوذ30% که خواه ناخواه تعدادي از خودروها در بار پيک شارژ مي‌شوند ولتاژ شبکه مقدار کمتري را دارد.

شکل(2-1) پروفايل ولتاژ در يک گره براي ضرايب نفوذ 0%،10% و30% براي شارژ هماهنگ شده]5 [.
2-2-بررسي اثرافزايش تعداد خودرو بر تلفات و هزينه سرمايه گذاري در شبکه قدرت
رشد قابل ملاحظه استفاده ازخودروهاي الکتريکي در آينده و تحميل جريان شارژ اين خودروها به شبکه، موجب افزايش تلفات توان و افزايش هزينه سرمايه گذاري در شبکه مي‌شود. در مرجع ]3 [با تحليل دو شبکه توزيع واقعي ميزان تلفات توان و هزينه هاي سرمايه‌گذاري براي سناريو‌هاي مختلف ضريب نفوذ خودرو مورد بررسي و تحليل قرار مي‌گيرد. در بررسي انجام شده، يک ناحيه مسکوني(A) و يک ناحيه صنعتي مسکوني (B) با مشخصات ذيل از لحاظ وسعت، جمعيت، مشترکين فشار ضعيف و فشار قوي توسط يک مدل طراحي شبکه توزيع، در ضرايب نفوذ مختلف مورد بررسي و تحليل قرار گرفته و ميزان سرمايه گذاري مورد نياز و تلفات توان در ضرايب نفوذ مختلف محاسبه و ارائه شده است.
شکل (2-2)منطقه مسکوني A ]3 [
شکل (2-3)منطقه صنعتي مسکونيB ]3 [
در ابتدا طراحي شبکه برق در دو منطقه مسکوني A وB، بر اساس عدم حضور خودروي الکتريکي صورت گرفته است. سه سناريو 35%، 51%و62% براي دو منطقه تعريف مي‌شود که اين ضرايب نفوذ به ترتيب براي سالهاي 2020،2030و2050 پيش بيني شده است. در ادامه با استفاده از مدل طرح ريزي شبکه توزيع، عملکرد شبکه توزيع در هر سناريو، در ساعات پيک و غير پيک و حالت‌هاي مختلف شارژ مورد بررسي و تحليل قرار گرفته و برنامه ريزي لازم جهت تقويت ساختار و سرمايه گذاري لازم و همچنين تلفات افزايشي شبکه در هر سناريو محاسبه و ارائه شده است.
مدل طرح ريزي توزيع ابتدا براي طراحي شبکه توزيع بهينه و تامين تقاضاي برق دو منطقه مورد استفاده قرار گرفته است. سپس بعنوان يک طرح نمونه براي ارزيابي اثرضرايب نفوذ خودروهاي الکتريکي روي هزينه سرمايه گذاري و تلفات افزايشي انرژي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. مطابق با طراحي اوليه، شبکه توزيع مبنا بر اساس مينيمم کردن هزينه سرمايه گذاري و بهره برداري، برق مورد نياز شبکه را با رعايت قيود افت ولتاز و قابليت اطمينان بالا تامين مي‌نمايد. مدل طرح ريزي توزيع استفاده شده در مقاله بر مبناي الگوريتم ابتکاري و استفاده از مشخصات جغرافيايي کار مي‌کند.
با انجام بهينه سازي، تابع هدف هزينه سرمايه گذاري و تعمير و نگهداري و تلفات انرژي، درخلال دوره برنامه ريزي مينيمم شده و همه تجهيزات شبکه و خطوط و پست هاي برق طراحي و سايز مي شوند. همچنين با تعيين پارامتر‌هاي فني و اقتصادي مدل، هزينه سرمايه گذاري، تعمير و نگهداري و تلفات به همراه جزئيات سطح ولتاژ و نحوه نصب در شبکه نشان داده مي‌شود. بعلاوه يک نمايش گرافيکي از موقعيت شبکه مانند شکل هاي2-2و2-3 ارائه مي‌شود.
با اعمال سناريوهاي مختلف ضريب نفوذ خودرو الکتريکي، نيازمندي هاي شبکه و ميزان تقويت اجزائ شبکه مشخص مي‌شود. در اين مقاله نقاط شارژ خودروها به همراه قدرت مربوطه بطور تصادفي درمحوطه قرار مي‌گيرند. براي هر سناريو دو پخش بار انجام مي‌شود. يک پخش بار براي شارژ در ساعت هاي پيک و ديگري براي شارژ در ساعت هاي غيرپيک است.
2-2-1- سرمايه گذاري افزايشي در ساعت هاي پيک
در شکل‌هاي2-4و2-5 سرمايه‌گذاري افزايشي مورد نياز در ساعت هاي پيک براي سناريوهاي مختلف در دو منطقه A وB به تفکيک هزينه سرمايه گذاري و نگهداري براي تجهيزات و خطوط فشار ضعيف، ترانسفورماتورهاي فشار متوسط به فشار ضعيف، شبکه هاي فشار متوسط و فشارقوي نشان داده شده است. سرمايه گذاري افزايشي به عنوان درصدي از هزينه سرمايه گذاري شبکه مبنا بدون خودرو الکتريکي بيان شده است. همانگونه که از شکل‌ها پيدا است هزينه افزايشي سرمايه گذاري در بخش فشار ضعيف براي شبکه A و ترانسفورماتورهاي فشار متوسط به فشارضعيف براي منطقه B قابل ملاحظه است .
شکل(2-4) هزينه افزايشي سرمايه گذاري و نگهداري درمنطقه A ]3 [
شکل(2-5) هزينه افزايشي سرمايه گذاري ونگهداري درمنطقهB ]3 [
تجهيزات و امکانات مورد نياز براي اتصال خودروهاي الکتريکي به شبکه، در بخش فشار شبکه توزيع قرار مي‌گيرد. مقايسه شکهاي2-4 و2-5 نيز نشان مي‌دهد که بخش زيادي از هزينه افزايشي سرمايه گذاري و نگهداري، مربوط به شبکه فشار ضعيف بوده و سرمايه گذاري براي ضريب نفوذ يکسان خودرو الکتريکي در منطقه A بيشتر از منطقهB است که دليل آن بالاتر بودن تراکم جمعيت، و بالاتر بودن هزينه نصب تجهيزات جديد در منطقه A است.
2-2-2-کاهش سرمايه گذاري در ساعات پيک با راهبرد شارژ هوشمند
در شبکه هاي تحت مطالعه در اين مقاله، اثر بکارگيري راهبرد شارژ هوشمند براي جلوگيري از شارژ هم زمان خودروهاي الکتريکي در ساعات پيک، موردتجزيه و تحليل قرار گرفته و نتايج در شکل 2-6 نمايش داده شده است. در اين شکل دو حالت متفاوت براي دو منطقه يکي با ضريب همزماني يک و ديگري کمتر از يک در نظر گرفته شده که همانگونه که در شکل نشان داده شده، کاهش ضريب همزماني با استفاده از شارژ هوشمند، عدم نياز به تقويت و سرمايه گذاري افزابشي را در شبکه در پي دارد. لازم به ذکراست ضريب همزماني بعنوان احتمال همزماني شارژ خودروها، با فرض توزيع يکنواخت نقاط شارژ و پريود‌هاي زماني مربوطه محاسبه مي‌شوند.
شکل(2-6) هزينه افزايشي سرمايه گذاري درساعات پيک به ازاي ضريب همزماني يک وکمتر ازيک ]3 [
شکل 2-6 نشان مي‌دهد که استفاده از راهبرد شارژ هوشمند براي منطقه A موجب صرفه جويي قابل توجهي در هزينه سرمايه گذاري مي‌شود لذا برنامه‌ريزي جهت بکار‌گيري راهبرد شارژ غير همزمان براي اين منطقه ضروري و منطقي است.
2-2-3- انتقال زمان شارژ به ساعات غير پيک
بر طبق شواهد ارائه شده در مقاله، هر دو منطقه A وB شبکه هاي توزيع براي تامين بار مصرفي در حالت پيک طراحي شده است که مي‌تواند توان مورد نياز خودروها را بدون نياز به تقويت شبکه تامين کند. لذا ايده جابجايي دوره شارژ از زمان پيک به غير پيک قابل طرح است.
براي کاهش هزينه سرمايه گذاري با انتقال شارژ خودروها از ساعات پيک به ساعات غير پيک، هزينه سرمايه‌گذاري در ساعات پيک کاهش پيدا مي‌کند. البته بديهي است در صورت انتقال شارژ همه خودروها به ساعات غير پيک امکان بروز اضافه بار در تجهيزات سيستم توزيع و نياز به تقويت ساختار وجود دارد.
سرمايه گذاري اوليه بمنظور تامين برق خودروهاي الکتريکي براي هر دو ناحيه بر اساس درصد سرمايه گذاري حالت مبنا و بدون در نظر گرفتن انتقال دوره شارژ محاسبه شده است. با انتقال دوره شارژ از ساعات پيک به غير پيک، هزينه سرمايه گذاري کاهش پيدا کرده و تفاضل آنها بعنوان صرفه جويي سرمايه گذاري بصورت درصدي از سرمايه گذاري افزايشي اوليه محاسبه و در مرجع ]3 [نشان داده شده است.
2-2-4-تلفات افزايشي انرژي
اثر اتصال خودروهاي الکتريکي به شبکه روي تلفات توان در ساعات غير پيک، جايي که اغلب خودروها به شبکه متصل بوده محاسبه و در نمودار ميله‌‌‌اي در مرجع ]3 [نشان داده شده است. تلفات انرژي بصورت قابل توجهي در ساعات غير پيک، به نسبت شرايط مبنا و بدون خودرو افزايش پيدا مي‌کند. اندازه‌گيري و محاسبات انجام شده نشان مي‌دهد تلفات افزايشي با افزايش تعداد خودروها بيشتر مي‌شود. از طرف ديگر مقايسه تلفات توان در دو منطقه نشان مي‌دهد تلفات در منطقه A نسبت به منطقه B بيشتر است که به دليل تراکم بالاي بار در منطقهA است.
بررسي انجام شده نشان مي‌دهد تلفات توان در ساعات غير پيک مي‌تواند به 40% تلفات مبنا در ضريب نفوذ 62% برسد.
2-3- شارژ بهينه خودروهاي الکتريکي با رعايت قيود شبکه توزيع و انتقال قدرت ماکزيمم
يکي از روش هاي کنترل اثرات زيانبار شارژ خودروهاي الکتريکي در شبکه توزيع، کنترل شارژ خودروها بمنظور انتقال قدرت ماکزيمم با رعايت قيود افت ولتاژ مجاز و اضافه بار در شبکه است. در مرجع]4[ با استفاده از برنامه ريزي خطي و کنترل شارژ براي قسمتي از يک شبکه توزيع اين روش بکار گرفته شده است. نتايج حاصل از مقاله نشان مي‌دهد در صورت کنترل ميزان شارژ خودروها بصورت انفرادي توان مورد نياز براي شارژ خودروها بدون نياز به ارتقاء تجهيزات شبکه يا نياز کم امکانپذير است. بررسي انجام شده در مرجع ]4[ به لحاظ رويکرد با مباحث گفته شده در اين فصل داراي تفاوت است. بجاي کنترل تلفات توان و انحراف ولتاژ، در مقاله]4[ هدف بهينه سازي و ماکزيمم کردن کل مقدار انرژي قابل تحويل به خودروها در يک بازه زماني شارژ، با اطمينان از حفظ محدوديت‌هاي شبکه در شارژ همزمان خودروها مي‌باشد.
برآيند مطالعات و بررسي هاي انجام شده در خصوص تحليل اثرات شارژ خودروهاي الکتريکي نشان مي‌دهد در صورت اعمال شارژ کنترل شده و نرمال به خودروها در زمان غير پيک، شبکه‌هاي موجود مي‌توانند انرژي لازم خودروها را با ضريب نفوذ پائين تامين نمايند. در مقابل شارژ ناهماهنگ مخصوصاً شارژ سريع در صورت همزمان شدن با پيک بار خانگي باعث ايجاد اضافه بار و انحراف ولتاژ در شبکه مي‌شود.
در تحقيق انجام شده در مرجع ]4[ فرض مي‌شود صاحبان خودرو ،تشويق شده‌اند که خودروهاي خود را در ساعات غير پيک شارژ کنند و هيچ خودرويي قبل از رسيدن به ماکزيمم ظرفيت از شبکه قطع نمي‌شود و با شروع شارژ هيچ خودرويي به مجموعه اضافه نمي‌شود. همچنين فناوري اندازه گيري هوشمند و توانايي کنترل بار در خودرو يا خانه موجود بوده و بهره‌بردار سيستم توزيع امکان کنترل و مديريت شارژ خودروها را به صورت کنترل از دور دارد. شارژ باطري از طريق سوکت تک فاز خانگي انجام شده و ارتباط باطري با شبکه توزيع يک طرفه درنظر گرفته مي‌شود.
2-3-1- تابع هدف استاندارد
هدف در اين روش ماکزيمم کردن قدرت تحويل داده شده به خودروها در يک بازه زماني است. اين هدف با بهينه کردن کردن ميزان شارژ هر خودرو به منظور ماکزيمم کردن توان قابل انتقال با رعايت قيود مسئله انجام مي‌گيرد. شارژ هماهنگ خودروهاي الکتريکي تضمين مي‌کند که شبکه با ظرفيت کامل و حفظ قيود مسئله مورد استفاده قرار مي‌گيرد. تابع هدف استاندارد F عبارتست از:
2 – 1

Nتعداد مشتري هايي که توسط شبکه تغذيه مي‌شوند و قدرت تحويلي و اندازه‌گيري شده به کيلووات براي خودروي متصل شده به i امين نقطه اتصال است. فرض مي‌شود که متغير تحت کنترل دائمي است که مي‌تواند بين صفر تا ماکزيمم قدرت خروجي شارژر گره iام تغيير نمايد. براي زماني که خودرو به شبکه متصل نيست يا زماني که باطري خودرو کاملاً شارژ باشد برابر صفر است و زماني که خودرو به شبکه متصل بوده و يا باطري کاملاً شارژ نيست برابر با يک است.
2-3-2- قيود مسئله بهينه سازي
در هر مرحله زماني تابع هدف، مشروط به قيد هاي مشخص شده ماکزيمم مي‌شود که اولين قيد محدوديت قدرت شارژر بين صفر تا 4 کيلووات است. بمنظور اجتناب از تغيرات زياد در جريان توليد شده توسط دستگاه شارژ در بازه هاي زماني نامطلوب، يک محدوده مشخص براي اين تغيرات تعريف مي‌شود.
قيد بعدي محدوده ولتاژ قابل قبول براي شبکه فشارضعيف است. اضافه شدن هر خودرو به شبکه توزيع، اغلب باعث کاهش ولتاژدر شبکه مي‌گردد. محدوده افت ولتاژ با توجه به فاکتورهاي مختلف نظير مکان قرار گرفتن خودرو و ميزان شارژ متفاوت است. لذا ولتاژ در هر نقطه اتصال خودرو بايد در محدوده مجاز تعريف شده باشد.
توجه به ظرفيت حرارتي تجهيزات شبکه شامل کابلها و ترانسفور ماتور از ديگر قيود مسئله بهينه سازي است و حرارت توليد شده در تجهيزات الکتريکي نبايد از ظرفيت ماکزيمم تجهيزات بيشتر گردد.
2-3-3- تابع هدف وزني
با توجه به ماهيت شعاعي اغلب شبکه هاي توزيع فشار ضعيف، تکنيک‌هاي بهينه سازي استاندارد ، غالباً خودروهاي نزديک به ترانسفورماتور‌هاي توزيع به نسبت خودروهاي متصل شده دور از ترانسفورماتور توزيع، با ميزان بيشتري شارژ مي‌شود. اين پديده به سبب حساسيت کمتر ولتاژ به



قیمت: تومان


پاسخ دهید