Управление напряжением в низковольтных распределительных сетях в условиях внедрения домашних зарядных станций электромобилей

Целью работы является изучение влияния домашних зарядных станций электромобилей на отклонение напряжения в пригородной распределительной сети 0,4 кВ. В качестве объекта исследования выбрана трансформаторная подстанция 10/0,4 кВ и распределительная сеть 0,4 кВ, обеспечивающая электроснабжение 114 частных жилых домов.  Для оценки влияния домашних зарядных станций на отклонение напряжения была разработана стохастическая квазидинамическая модель электрической сети на языке программирования Python с использованием библиотеки pandapower. Данная модель позволяет моделировать суточные профили электропотребления и напряжения при различном количестве и точках подключения домашних зарядных станций с учетом случайного характера поведения владельцев электромобилей. Для поддержания уровня напряжения в допустимых пределах в работе рассмотрены использование инверторов бортовых зарядных устройств электромобилей в качестве источников реактивной мощности и смещение времени начала заряда электромобилей на ночные часы. По результатам моделирования показано, что при наличии домашней зарядной станции у 30% потребителей пригородной распределительной сети 0,4 кВ загрузка головного участка питающей линии может кратковременно приближаться к 100%, а глубина отрицательных отклонений напряжения превышать 20%. Установлено, что вольт-вар (Volt-Var) регулирование напряжения бортовыми зарядными устройствами электромобилей позволяет значительно сократить отклонения напряжения в распределительной сети (снижение продолжительности отклонений напряжения ниже -5%: с 27,3% до 12,9%) при несущественном влиянии на продолжительность заряда электромобилей. Полученные в настоящем исследовании результаты могут быть использованы при перспективном планировании развития распределительных электрических сетей в условиях широкого распространения электромобилей.

1. Hecht C., Figgener J., Sauer D.U. Simultaneity factors of public electric vehicle charging stations based on realworld occupation data // World Electric Vehicle Journal. 2022. Vol. 13. Iss. 7. Р. 129. https://doi.org/10.3390/wevj13070129.

2. Hecht C., Figgener J., Li Xiaohui, Zhang Lei, Sauer D.U. Standard load profiles for electric vehicle charging stations in Germany based on representative, empirical data // Energies. 2023. Vol. 16. Iss. 6. Р. 2619. https://doi.org/10.3390/en16062619.

3. Шкитина Н., Акимов Д. Анализ влияния стохастической нагрузки электромобилей на распределительную сеть // Электроэнергия. Передача и распределение. 2021. № S1. С. 40–45. EDN: GZMBRZ.

4. Ahmed S.I., Salehfar H., Selvaraj D.F. Impact of electric vehicle charging on the performance of distribution grid // IEEE 12th International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems. 2021. https://doi.org/10.1109/PEDG51384.2021.9494268.

5. Wang Shengyi, Du Liang, Li Yan. Decentralized Volt/Var control of EV charging station inverters for voltage regulation // IEEE Transportation Electrification Conference & Expo (Chicago, Illinois, 23–26 June 2020). Chicago: IEEE, 2020. Р. 604–608. https://doi.org/10.1109/ITEC48692.2020.9161713.

6. Mukherjee B., Kariniotakis G., Sossan F. Smart charging, vehicle-to-grid, and reactive power support from electric vehicles in distribution grids: a performance comparison // IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Conference Europe. 2021. https://doi.org/10.1109/ISGTEurope52324.2021.9639954.

7. Prabawa P., Choi Dae-Hyun. Hierarchical volt-var optimization framework considering voltage control of smart electric vehicle charging stations under uncertainty // IEEE Access. 2021. Vol. 9. Р. 123398–123413. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3109621.

8. Kisacikoglu M.C., Kesler M., Tolbert L.M. Single-phase on-board bidirectional PEV charger for V2G reactive power operation // IEEE Transactions on Smart Grid. 2015. Vol. 6. Iss. 2. Р. 767–775. https://doi.org/10.1109/TSG.2014.2360685.

9. Jain A., Karimi-Ghartemani M. Mitigating adverse impacts of increased electric vehicle charging on distribution transformers // Energies. 2022. Vol. 15. Iss. 23. Р. 9023. https://doi.org/10.3390/en15239023.

10. Singh J., Tiwari R. Electric vehicles reactive power management and reconfiguration of distribution system to minimise losses // IET Generation, Transmission & Distribution. 2020. Vol. 14. Iss. 25. Р. 6285–6293. https://doi.org/10.1049/iet-gtd.2020.0375.

11. Наумов И.В., Карамов Д.Н., Третьяков А.Н., Якупова М.А., Федоринова Э.С. Исследование загрузки силовых трансформаторов в системах сельского электроснабжения // Надежность и безопасность энергетики. 2021. Т. 13. № 4. С. 282–289. https://doi.org/10.24223/1999-5555-2020-13-4-282-289. EDN: VAWHEZ.

12. Воронин В.А., Непша Ф.С. Мультиагентное моделирование развития электрозарядной инфраструктуры города Кемерово // Электроэнергия. Передача и распределение. 2023. № 3. С. 10–17. EDN: XVUSOW.

13. Xing Qiang, Chen Zhong, Zhang Ziqi, Wang Ruisheng, Zhang Tian. Modelling driving and charging behaviours of electric vehicles using a data-driven approach combined with behavioural economics theory // Journal of Cleaner Production. 2021. Vol. 324. Р. 129243. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.129243.

14. Franke T., Krems J.F. Understanding charging behaviour of electric vehicle users // Transportation Research Part F: Traffic Psychology and Behaviour. 2013. Vol. 21. Р. 75–89. https://doi.org/10.1016/j.trf.2013.09.002.

15. Tan Jiyuan, Liu Fuyu, Xie Na, Guo Weiwei, Wu Wenxiang. Dynamic pricing strategy of charging station based on traffic assignment simulation // Sustainability. 2022. Vol. 14. Iss. 21. Р. 14476. https://doi.org/10.3390/su142114476.

16. Dahmane Y., Chenouard R., Ghanes M., Ruiz M.A. Optimal electric vehicle fleet charging management with a frequency regulation service // World Electric Vehicle Journal. 2023. Vol. 14. Iss. 6. Р. 152. https://doi.org/10.3390/wevj14060152.

17. Leemput N., Geth F., Roy Juan Van, Olivella-Rosell P., Driesen J., Sumper A. MV and LV residential grid impact of combined slow and fast charging of electric vehicles // Energies. 2015. Vol. 8. Iss. 3. Р. 1760–1783. https://doi.org/10.3390/en8031760.

18. Бородин М.В., Виноградов А.В., Голиков И.О., Лансберг А.А. Анализ показателей качества электроэнергии в распределительных электрических сетях 0,4 кВ и причин жалоб потребителей в филиале ПАО «Россети Центр»-«Орелэнерго» // Научный журнал молодых ученых. 2022. № 3. С. 72–80.

19. Бухвал А.В., Юндин М.А. Анализ показателей качества электроэнергии в точках её передачи на напряжении 0,22 кВ // Вестник аграрной науки Дона. 2021. № 1. С. 51–58. EDN: XVOODS.

20. Voronin V.A., Nepsha F.S. Analysis of the efficiency of electric vehicle charging control in urban distribution grids // Belarusian-Ural-Siberian Smart Energy Conference. 2023. Р. 109–114. https://doi.org/10.1109/BUSSEC59406.2023.10296435.