DE202024100686U1

DE202024100686U1 - System zur Analyse von Microgrid-integrierten photovoltaisch betriebenen Ladestationen für Elektrofahrzeuge (EVCS)

Info

Publication number: DE202024100686U1
Application number: DE202024100686.0U
Authority: DE
Original assignee: National Institute Of Tech Silchar; National Institute of Technology India
Current assignee: National Institute Of Tech Silchar; National Institute of Technology India
Priority date: 2024-02-13
Filing date: 2024-02-13
Publication date: 2024-03-01
Anticipated expiration: 2034-02-14

Abstract

Ein System (100) zum Analysieren von mikronetzintegrierten, photovoltaisch betriebenen Ladestationen für Elektrofahrzeuge (EVCS), wobei das System (100) Folgendes umfasst:
mindestens eine erneuerbare Energiequelle (102) zum Sammeln erneuerbarer Energie aus einer Region;
ein Gleichstrom-(DC)-Mikronetz (104), das mit der erneuerbaren Energiequelle (102) verbunden ist, um Strom von der Energiequelle in einem Gleichstrom-(DC)-Medium über einen Aufwärtswandler (106) zu empfangen, wobei das Mikronetz (104) verbunden ist zu einer Batterie (108) zum Speichern der zusätzlichen Ladung;
einen Wandler (110), der mit dem DC-Mikronetz (104) verbunden ist, um den Gleichstrom (DC) in einen Wechselstrom (AC) umzuwandeln und einem Wechselstrom-(AC)-Mikronetz (110a) zuzuführen; und
ein Elektrofahrzeug (112), das mit dem Konverter (110) verbunden ist, um Ladung entweder aus dem Wechselstrom-Mikronetz (110a), das mit der erneuerbaren Energiequelle (102) verbunden ist, oder aus dem Gleichstrom-Mikronetz (104), das mit der Batterie (108) verbunden ist, zu extrahieren.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Photovoltaik-Ladesysteme. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein System zur Analyse einer mikronetzintegrierten photovoltaisch betriebenen Ladestation für Elektrofahrzeuge (EVCS) unter verschiedenen Sonneneinstrahlungsbedingungen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erschöpfung fossiler Brennstoffe, schwerwiegende Umweltprobleme und abrupte Klimaveränderungen haben die Türen für die Entwicklung sauberer und grüner Energie für nachhaltige Entwicklung und Wachstum geöffnet. Die installierte Windenergiekapazität in Indien beträgt 44.089 GW (viertgrößte installierte Kapazität für erneuerbare Energien weltweit) und die installierte Solarenergiekapazität beträgt 70.1 GW. Mit den Entwicklungen in der EV-Technologie und den Netzfortschritten kann eine Gruppe von Elektrofahrzeugen, bekannt als Vehicle-to-Grid (V2G), an der Stromtransaktion mit dem Netz teilnehmen und zu den Netzanforderungen beitragen. Der Großteil der Fahrzeuge steht zu 90-95 % der Zeit geparkt und kann für den Stromaustausch mit dem Netz genutzt werden. V2G unterstützt Spitzenausgleich, Talfüllung, Lastnivellierung und Lastverschiebung und der interne Kondensator der EV-Batterie unterstützt die Blindleistungsunterstützung für das Netz. V2G kann auch als Ersatz für Spinning Reserve betrachtet werden. Elektrofahrzeuge spielen eine herausragende Rolle im Stromnetz und tragen enorm dazu bei, den zeitlich schwankenden Lastbedarf zu decken. Die Entwicklung entscheidender Ladeinfrastruktur mit unterschiedlichen Topologien ist wichtig. Die Auswirkungen von Elektrofahrzeugen auf Versorgungs- und Vertriebsnetze geben Anlass zu großer Sorge. Es gibt verschiedene Arten von Elektrofahrzeugen: Hybrid-Elektrofahrzeuge, Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEV) und Batterie-Elektrofahrzeuge. Es gibt drei Möglichkeiten, Elektrofahrzeuge aufzuladen: Vehicle-to-Vehicle (V2V), Vehicle-to-Home (V2H) und V2G. Die effiziente und optimale Planung von Ladestationen für die Interaktion mit Elektrofahrzeugen wird behandelt und Verbraucherentscheidungen sowie Präferenzen von EVCS werden diskutiert. Die Standards für das Laden von Elektrofahrzeugen sind: International Electrotechnical Commission (IEC), CHArge de MOve (CHAdeMO) und Society of Automotive Engineers (SAE). IEC und SAE verfügen sowohl über AC/DC-Ladung, während CHAdeMO nur über DC-Ladung verfügt. AC-Ladearten: Level-1 (4-7.5 kW/16 A), Level-2 (8-15 kW/32 A) und Level-3 (60-120 kW/250 A) und DC-Ladeart: CHAdeMO (240 kW/400 A).
Die Ladeinfrastruktur muss dem Standard IEEE 1547 2003 entsprechen und es stehen zwei Arten von V2G-Integratoren zur Verfügung: On-Board und Off-Board. Die Batterie eines Elektrofahrzeugs spielt eine entscheidende Rolle im Speichersystem, da ein einzelnes Elektrofahrzeug möglicherweise keinen Unterschied macht, aber eine Gruppe von Elektrofahrzeugbatterien kann auf jeden Fall einen großen Unterschied machen. Der Ladevorgang beeinflusst die Akkulaufzeit, die Ladeenergieeffizienz und die Ladezeit. Das Aufladen von Elektrofahrzeugen durch fossile Energiequellen verursacht Umweltverschmutzung und aktuelle Literaturstudien deuten darauf hin, dass PV, Wind und Biogas zum Aufladen von Elektrofahrzeugen genutzt werden, um dieses Problem zu bekämpfen. Parkplätze, die PV-Strom auf dem Dach zum Laden nutzen, werden simuliert und EVCS mit Biogas als Quelle wird in der vorhandenen Literatur diskutiert. Es wird die stochastische Modellierung der Einspeisung von Elektrofahrzeugen ins Netz diskutiert und die Auswirkungen des Ladens von Elektrofahrzeugen auf das Netz dargestellt. In diesem Jahrzehnt hat die Herstellung von Elektrofahrzeugen auf der ganzen Welt und in der Regierung enorme Fortschritte gemacht. Indien trägt ebenfalls zur Förderung von Elektrofahrzeugen auf der Straße bei, indem es Subventionen und Unterstützungsprogramme bereitstellt. Die Entwicklung der Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge ist eine anspruchsvolle Aufgabe und viele Länder haben sie funktionsfähig gemacht.
Die Rolle von Elektrofahrzeugen im Stromnetz spielt eine entscheidende Rolle beim Demand-Response-Management. Indien verfügt über ausreichend Solar- und Windquellen, die zur Stromerzeugung genutzt werden können, wodurch die Zuverlässigkeit der Wärme-/Kern-/Wasserkraftwerke verringert wird.
Das National Institute of Wind Energy (NIWE) schlug vor, dass 302 GW Strom aus Wind erzeugt werden können, und das Ministry of Power (MoP) fördert dies ebenfalls. In ähnlicher Weise ist das National Institute of Solar Energy (NISE), NIWE in Zusammenarbeit mit dem MoP und dem Ministerium für neue und erneuerbare Energien (MNRE) bereit, bis 2030 450 GW erneuerbare Energien aufzubauen. Die ständig wachsende Bevölkerung in Indien, Spitzenenergie Nachfrage, Elektrifizierung in Geländeregionen und die Nutzung von Wärme-/Kern-/Wasserkraftwerken sind einige der Faktoren, die als Motivation für diese Arbeit dienen.
Es ist keine Literatur verfügbar, die solarbetriebene EVCS mit unterschiedlichen Sonneneinstrahlungsbedingungen beschreibt.
Um dieses Problem anzugehen, besteht daher Bedarf an der Entwicklung eines Systems zur Analyse mikronetzintegrierter photovoltaisch betriebener Ladestationen für Elektrofahrzeuge (EVCS).
Die durch die vorliegende Erfindung offenbarten technischen Fortschritte überwinden die Einschränkungen und Nachteile bestehender und herkömmlicher Systeme und Methoden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein System zur Analyse mikronetzintegrierter photovoltaisch betriebener Ladestationen für Elektrofahrzeuge (EVCS).
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein System zur Analyse mikronetzintegrierter photovoltaisch betriebener Ladestationen für Elektrofahrzeuge (EVCS) bereitzustellen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein theoretisches Nachfragemodell und eine stochastische Modellierung der Ankunft von Elektrofahrzeugen, der Ressourcennutzung und der Analyse der Parkplatzbelegung in einem Mikronetz bereitzustellen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine optimale Konfiguration und technisch-ökonomische Bewertung von EVCS auf PV-Strombasis in einem Mikronetz bereitzustellen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Umweltbewertung von EVCS auf PV-Strombasis bereitzustellen und Vorteile aufzuzeigen.
Ein System zur Analyse einer Mikronetz-integrierten photovoltaisch betriebenen Ladestation für Elektrofahrzeuge (EVCS), wobei das System Folgendes umfasst: mindestens eine erneuerbare Energiequelle zum Sammeln erneuerbarer Energie aus einer Region; ein Gleichstrom-Mikronetz, das mit der erneuerbaren Energiequelle verbunden ist, um Strom von der Energiequelle in einem Gleichstrom-Medium über einen Aufwärtswandler zu empfangen, wobei das Mikronetz mit einer Batterie zum Speichern der zusätzlichen Ladung verbunden ist; einen Wandler, der mit dem DC-Mikronetz verbunden ist, um den Gleichstrom (DC) in einen Wechselstrom (AC) umzuwandeln und ihn einem Wechselstrom-Mikronetz (AC) zuzuführen; und ein Elektrofahrzeug, das mit dem Konverter verbunden ist, um Ladung entweder aus dem Wechselstrom-Mikronetz, das mit der erneuerbaren Energiequelle verbunden ist, oder aus dem Gleichstrom-Mikronetz, das mit der Batterie verbunden ist, zu extrahieren.
Um die Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung weiter zu verdeutlichen, erfolgt eine detailliertere Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen davon, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Es versteht sich, dass diese Zeichnungen nur typische Ausführungsformen der Erfindung darstellen und daher nicht als deren Umfang einschränkend anzusehen sind. Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen genauer und detaillierter beschrieben und erläutert.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verständlich, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen in den Zeichnungen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile darstellen, wobei:

1 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems zur Analyse einer mikronetzintegrierten photovoltaisch betriebenen Ladestation für Elektrofahrzeuge (EVCS);
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Mikronetzes; und
3 zeigt eine schematische Darstellung der Struktur eines netzgebundenen Systems.

Darüber hinaus werden erfahrene Handwerker erkennen, dass Elemente in den Zeichnungen der Einfachheit halber dargestellt sind und möglicherweise nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet wurden. Beispielsweise veranschaulichen die Flussdiagramme die Methode anhand der wichtigsten Schritte, die dazu beitragen, das Verständnis von Aspekten der vorliegenden Offenbarung zu verbessern. Darüber hinaus können im Hinblick auf die Konstruktion des Geräts eine oder mehrere Komponenten des Geräts in den Zeichnungen durch herkömmliche Symbole dargestellt worden sein, und die Zeichnungen zeigen möglicherweise nur die spezifischen Details, die für das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung relevant sind um die Zeichnungen nicht durch Details zu verdecken, die für den Durchschnittsfachmann, der die Beschreibung hierin nutzt, leicht ersichtlich sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG:
Um das Verständnis der Prinzipien der Erfindung zu fördern, wird nun auf die in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform Bezug genommen und für deren Beschreibung eine spezifische Sprache verwendet. Es versteht sich jedoch, dass dadurch keine Einschränkung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist, da Änderungen und weitere Modifikationen des dargestellten Systems und weitere Anwendungen der darin dargestellten Prinzipien der Erfindung in Betracht gezogen werden, wie sie einem Fachmann normalerweise in den Sinn kommen würden in der Technik, auf die sich die Erfindung bezieht.
Der Fachmann wird verstehen, dass die vorstehende allgemeine Beschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und erläuternd für die Erfindung sind und diese nicht einschränken sollen.
Verweise in dieser Spezifikation auf „einen Aspekt“, „einen anderen Aspekt“ oder eine ähnliche Sprache bedeuten, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder ein bestimmtes Merkmal, das in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Daher beziehen sich die Formulierungen „in einer Ausführungsform“, „in einer anderen Ausführungsform“ und ähnliche Formulierungen in dieser Spezifikation möglicherweise, aber nicht unbedingt, auf dieselbe Ausführungsform.
Die Begriffe „umfasst“, „umfassend“ oder andere Variationen davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken, sodass ein Prozess oder eine Methode, die eine Liste von Schritten umfasst, nicht nur diese Schritte umfasst, sondern möglicherweise andere Schritte nicht umfasst ausdrücklich aufgeführt oder diesem Prozess oder dieser Methode innewohnend sind. Ebenso schließen ein oder mehrere Geräte oder Subsysteme oder Elemente oder Strukturen oder Komponenten, denen „umfasst...a“ vorangestellt ist, nicht ohne weitere Einschränkungen die Existenz anderer Geräte oder anderer Subsysteme oder anderer Elemente oder anderer Strukturen aus anderen Komponenten oder zusätzliche Geräte oder zusätzliche Subsysteme oder zusätzliche Elemente oder zusätzliche Strukturen oder zusätzliche Komponenten.
Sofern nicht anders definiert, haben alle hier verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, allgemein verstanden werden. Das hier bereitgestellte System, die Methoden und Beispiele dienen nur der Veranschaulichung und sollen nicht einschränkend sein.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
1 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems (100) zur Analyse mikronetzintegrierter photovoltaisch betriebener Ladestationen für Elektrofahrzeuge (EVCS), wobei das System (100) Folgendes umfasst: mindestens eine erneuerbare Energiequelle (102), einen Gleichstrom (DC).) Mikronetz (104), einen Aufwärtswandler (106), eine Batterie (108), einen Konverter (110), ein Wechselstrom-(AC)-Mikronetz (110a) und ein Elektrofahrzeug (112).
Die erneuerbare Energiequelle (102) sammelt erneuerbare Energie aus einer Region. Das Gleichstrom-(DC)-Mikronetz (104) ist mit der erneuerbaren Energiequelle (102) verbunden, um Strom von der Energiequelle in einem Gleichstrom-(DC)-Medium über einen Aufwärtswandler (106) zu empfangen, wobei das Mikronetz (104) ist mit einer Batterie (108) zur Speicherung der Zusatzladung verbunden. Der Wandler (110) ist mit dem DC-Mikronetz (104) verbunden, um den Gleichstrom (DC) in einen Wechselstrom (AC) umzuwandeln und einem Wechselstrom-(AC)-Mikronetz (110a) zuzuführen. Das Elektrofahrzeug (112) ist mit dem Konverter (110) verbunden, um Ladung entweder aus dem Wechselstrom-Mikronetz (110a), das mit der erneuerbaren Energiequelle (102) verbunden ist, oder aus dem Gleichstrom-Mikronetz (104), das mit der Batterie (108) verbunden ist, zu extrahieren.
In einer Ausführungsform umfasst die erneuerbare Energiequelle entweder eine Photovoltaikquelle oder eine Windenergiequelle oder eine Kombination davon.
In einer Ausführungsform ist ein Maximum Power Point Tracking (MPPT) mit dem Mikronetz verbunden, um die Leistung des Maximum Power Point zu verfolgen.
Wenn in einer Ausführungsform festgestellt wird, dass die erneuerbare Energiequelle nicht ausreicht, um vollständig aufzuladen, wird das Elektrofahrzeug (EV) sowohl über die erneuerbare Energiequelle als auch über das Wechselstrom-Mikronetz aufgeladen.
Wenn in einer Ausführungsform die Einstrahlung der erneuerbaren Energiequelle instabil ist, verfolgt der Konverter den maximalen Leistungspunkt und unterstützt das EVCS.
In einer Ausführungsform hängt ein Verhältnis von erneuerbarem Strom und Strom aus dem Mikronetz in der Gesamtmenge des für das EVCS erzeugten Stroms von der Änderung der Produktionsleistung des 100-kW-PV-Systems und unterschiedlichen Sonneneinstrahlungswerten ab.
In einer Ausführungsform ist eine Ladesteuerung eines ersten bidirektionalen DC-DC-Wandlers mit der Batterie und dem DC-Mikronetz verbunden, um dem Elektrofahrzeug eine verstärkte Ladung zuzuführen.
In einer Ausführungsform wird das Fahrzeug entweder durch einen zweiten bidirektionalen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler geladen, der über eine Gleichstromverbindung mit dem Gleichstrom-Mikronetz verbunden ist, oder durch einen Pulsweitenmodulator oder durch das Wechselstrom-Mikronetz.
In einer Ausführungsform ist das AC-Mikronetz über einen DC-AC-Wechselrichter und einen Induktivitäts-Kapazitätsfilter (LC-Filter) mit dem DC-Mikronetz verbunden.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Mikronetzes.
Das PV-Array bzw. die Windkraftanlage (WT) ist über eine wichtige Leistungselektronikschnittstelle mit dem DC-Bus verbunden. Elektrofahrzeuge sind für eine mögliche Stromtransaktion mit dem Netz an beide AC/DC-Busse angeschlossen. Die Energieeffizienz, Zuverlässigkeit und Flexibilität werden bei reduziertem Energieverbrauch verbessert. Erneuerbare Quellen werden zur Stromerzeugung in gemeinschaftlichen Mikronetzen genutzt und aufgrund der intermittierenden Natur der Quellen ist eine Energiespeicherung erforderlich. Der überschüssige erzeugte Strom wird in Batterien gespeichert und später an das Netz verkauft. Dies kann durch den V2G-Betrieb erreicht werden.
Die Solarenergie wird mithilfe von PV-Modulen zur Erzeugung von Gleichstrom und Wechselrichtern zur Umwandlung von Gleich- und Wechselstrom genutzt, um sie an das Stromnetz anzuschließen. Das MG-System besteht aus Wechselstromlast, PV-System, EVCS und Versorgungsnetz. Ziel ist es, den Einsatz von aus dem Netz importierter Energie zu reduzieren und die überschüssige PV-Energie zum Laden von Elektrofahrzeugen zu nutzen. Elektrofahrzeuge können als Energiespeicher betrachtet werden, der entladen oder aufgeladen werden kann.
Die Leistungsgleichung des MG-Systems lautet: $P_{t}^{p v} + P_{t}^{G} + P_{t}^{E V, d i s c h} = P_{t}^{E V, c h} + P_{t}^{L}$
Wo $P_{t}^{p v}$
wird PV-Strom erzeugt, $P_{t}^{G}$
wird Strom in das Netz importiert/exportiert und $P_{t}^{L}$
ist der Systembedarf? Elektrofahrzeuge werden als Energiespeichersystem betrachtet, das geladen/entladen wird.
Die mit dem Netz ausgetauschte Leistung wird wie folgt berechnet: $P_{t}^{G} = P_{t}^{E V, c h} + P_{t}^{L} - P_{t}^{E V, d i s c h} - P_{t}^{P v}$
Die geladene/entladene Leistung wird berechnet mit: $P_{t}^{E V, c h} = \sum_{k = 1}^{N_{T}} P_{k}^{E V, c h} X N_{k}$
Der Ladezustand (SOC) der EV-Batterie entscheidet über das Laden/Entladen $S O C_{m i n} \leq S O C_{E V, i, k} \leq S O C_{m a x}$
$S O C_{E V} \leq S O C_{E V, m i n}$
$S O C_{E V} \geq S O C_{E V, m a x}$
Wo ist der SOC der EV-Batterie in der i-ten Mikronetzzone und am k-ten Standort? SOC_min ist minimaler SOC; SOC_max ist der maximale SOC.
vier indische Städte Shillong, Bengaluru, Jaipur und Kashmir mit unterschiedlicher Sonneneinstrahlung berücksichtigt. Shillong ist die Hauptstadt von Meghalaya und eine Bergstadt im Nordosten Indiens. Die ruhige Natur, das angenehme Klima und die schadstofffreie Umgebung ziehen das ganze Jahr über Touristen aus anderen Teilen Indiens und dem Ausland an. Es liegt auf einer Höhe von 1496 m über dem Meeresspiegel und hat eine Fläche von etwa 64.36 km² (24.85 Meilen²). Die Jahresdurchschnittstemperatur beträgt 18°C und die meisten und wenigsten Sonnenstunden gibt es im März (Monatsdurchschnitt von 249.89 Stunden) und im Januar (Monatsdurchschnitt von 219.38 Stunden), was zu einer jährlichen Gesamtsonne von rund 2305.11 Stunden pro Monat beiträgt Durchschnittlich 75.88 Stunden Sonnenschein. Die Landesregierung von Meghalaya fördert proaktiv Solarenergieinitiativen zur Stromerzeugung und reduziert so die CO2- Emissionen und den CO2-Fußabdruck. Die durchschnittliche monatliche globale horizontale Sonneneinstrahlung (GHI) von Shillong beträgt 4.44 kWh/m² Tag (HOMER-Daten). Die höchsten und niedrigsten Einstrahlungsmonate sind März (6.56 kWh/m²Tag) und August (4.47 kWh/m²Tag).
Bengaluru ist die Hauptstadt von Karnataka und gilt als das Silicon Valley Indiens. Es ist auch als Gartenstadt Indiens bekannt und wird gemäß der Köppen- Klimaklassifikation als tropisches Savannenklima klassifiziert. Aufgrund der Höhenlage herrscht das ganze Jahr über ein gemäßigtes Klima. Die durchschnittliche Temperatur liegt zwischen 15.1 °C (Minimum im Januar) und 35 °C (Maximum im April) und die höchste jemals gemessene Temperatur der Stadt Bengaluru beträgt 39.2 °C am 24. April 2016. Die Bevölkerung von Bengaluru ist 8.5 Millionen (Census Organization of India 2011). Der Solar-WHI in Bengaluru beträgt 5.06 kWh/m² Tag(HOMER-Daten). Die höchsten und niedrigsten Einstrahlungsmonate liegen bei 6.56 kWh/m² Tag (März) bzw. 4.47 kWh/m² Tag (August).
Jaipur ist die Hauptstadt des nordindischen Bundesstaates Rajasthan und mit 10.4 % der geografischen Fläche Indiens der größte Bundesstaat. Es verfügt über ein enormes Solarenergiepotenzial und eignet sich ideal, um die Sonnenstrahlen ausreichend einzufangen. Jaipur (Rajasthan) hat fast 300-325 Sonnentage im Jahr und empfängt 6-7 kWh/m² Sonneneinstrahlung/Tag und ist damit die zweithöchste Stadt der Welt, die jemals gemessen wurde.
Die Durchschnittstemperatur liegt zwischen 35°C und 40°C und im Sommer über 45°C. Rajasthan verfügt über ein Solarenergiepotenzial von 10000 MW. Der höchste und niedrigste solare GHI beträgt 6.46 kWh/m²/Tag (Monat Mai) bzw. 4.00 kWh/m²/Tag (Monat August), mit einem Monatsdurchschnitt von 5.26 kWh/m²/Tag in Jaipur.
Der Bundesstaat Jammu und Kashmir liegt in der Nähe des großen Himalaya-Gebirges. Jammu und Kaschmir ist eines der schönsten Unionsterritorien Indiens. Es gibt vier Divisionen in Jammu, Kaschmir-Tal und Ladakh, wobei das Kaschmir-Tal die am stärksten urbanisierte Region im Himalaya ist. Kaschmir hat vier Jahreszeiten: Sommer (März-Mai) mit einer Temperatur von nicht mehr als 30 bis 31°C; Regnerisch (Juni-September) mit niedrigen Temperaturen (9 bis 15°C) und hohen Temperaturen von 30°C; Winter (November-Februar) mit Temperaturen von unter Null bis Höchsttemperaturen von nicht mehr als 15°C; Herbst (Oktober-November) mit einer Temperatur von 9-20°C. Der durchschnittliche monatliche solare GHI beträgt 5.32 kWh/m² Tag, wobei der Höchstwert 7.43 kWh/m² Tag (Monat Mai) und der niedrigste Wert 3.36 kWh/m² Tag (Monat Dezember) beträgt.
3 zeigt eine schematische Darstellung der Struktur eines netzgebundenen Systems.
Die Struktur des netzgekoppelten Systems besteht aus PV-System, bidirektionalem Konverter, Versorgungsnetz, Batterien und Elektrofahrzeugen. Es ist das am besten geeignete Modell für die Stromversorgung von EVCS, um die Kosten der Stromversorgung zu senken und den Preis für PV-Systeme, Batterien und den CO2-Fußabdruck zu senken. Bei diesem EV-Ladestationsmodell (EVCS) werden Elektrofahrzeuge tagsüber über die PV-Anlage und nachts über das Netz aufgeladen. Überschüssiger aus der PV-Anlage erzeugter Strom kann gemäß den Normen und Richtlinien des Energieministeriums (MoP) der Regierung an das Netz verkauft werden. Indien unterstützt PV auf Dächern. Die Batterien in EVCS sind so konzipiert, dass sie den Strombedarf bei Abwesenheit von PV-Strom und Netzstrom decken.
Das EVCS bezieht Strom aus dem Batteriesystem, wenn die PV-Anlage aufgrund von schlechtem Wetter keinen Strom erzeugt und das Netz aufgrund einer Störung keinen Strom liefern kann. Batterien können selbst über die PV-Anlage oder das Netz aufgeladen werden, aber die Batteriekapazität entspricht den Anforderungen zum Laden von Mindest-Elektrofahrzeugen. EVCS-Betriebsfrequenz jährlich mit einer durchschnittlichen täglichen Ladung von 533 kWh/Tag.
Wenn die Wahrscheinlichkeit der Ankunft von Elektrofahrzeugen 0.85 beträgt, beträgt die Ladeverzögerung in Stunden 0.07 Stunden. Die Anzahl der Rückstände steigt mit zunehmender Wahrscheinlichkeit von EVs und der Warteschlangengröße für 100 EV-Ankünfte. Die optimale Konfiguration des PV-betriebenen EVCS in Shillong (Bundesstaat Meghalaya), Bengaluru (Bundesstaat Karnataka), Jaipur (Bundesstaat Rajasthan) und Kaschmir wird bewertet. Eine maximale PV-Systemkapazität von 100 kW gilt aufgrund des niedrigsten NPC-Werts für alle vier verschiedenen Sonneneinstrahlungsbedingungen für EVCS als optimalster Plan. Der in das Netz importierte/exportierte Strom wird analysiert und EVCS verwendet zuerst PV-Strom und kauft bei Stromdefiziten aus dem lokalen Netz. Die Städte erzeugen die höchste PV-Leistung: Shillong (Januar-Mai und Okt.-Dez); Bengaluru und Jaipur (September bis Mai), Kaschmir (März-Mai und September-Januar). Das Verhältnis von PV-Leistung und Netzleistung in der gesamten im EVCS erzeugten Strommenge hängt von der Produktionsleistungsänderung der 100-kW-PV-Anlage und unterschiedlichen Sonneneinstrahlungswerten ab. Shillong hat eine geringere Sonneneinstrahlung, weshalb dem EVCS eine PV-Stromleistung von 1,43,702 kWh/Jahr zugeführt wird. Während Bengaluru und Jaipur einen relativ höheren Wert der Sonneneinstrahlung als Shillong und eine PV-Stromerzeugung von 1,57,421 kWh/Jahr bzw. 1,61,754 kWh/Jahr haben. Kaschmir hat die höchste Sonneneinstrahlung, was zu einer PV-Stromproduktion von 1,76,522 kWh/Jahr führt und der überschüssige Strom, der ins Netz zurückgespeist wird, 91,820 kWh/Jahr beträgt. Der an das Netz verkaufte überschüssige Strom beträgt 67,106 kWh/Jahr (Shillong), 77,186 kWh/Jahr (Bengaluru) bzw. 80,512 kWh/Jahr (Jaipur). Akteure, die an der Stromerzeugung beteiligt sind, können zusätzliche Gewinne erzielen, indem sie überschüssige PV-Strommengen an das Netz verkaufen.
Einem ersten Szenario zufolge weist Kaschmir die niedrigsten NPC- und Betriebskosten auf. Jaipur und Bengaluru haben etwas höhere NPC- und Betriebskosten als Kaschmir. Shillong hingegen hat die höchsten NPC- und Betriebskosten. Es ist zu beobachten, dass Shillong den höchsten COE von 0.0614 $/kWh aufweist; Bengaluru und Jaipur haben 0.0528 $/kWh bzw. 0.0502 $/kWh, während Kaschmir den niedrigsten COE von 0.0421 $/kWh hat. Es ist interessant festzustellen, dass der COE aller Städte unter dem FIT-Preis von 0.104 $/kWh liegt, was ermutigend ist und von den Regierungsbehörden geschätzt wird. Somit ist die Investition in PV-Strom (EVCS) in Kaschmir und anderen Teilen Indiens mit ähnlicher oder höherer Sonneneinstrahlung durchaus machbar. Es wird gefolgert, dass je größer die Sonneneinstrahlung ist, desto kleiner sind die Kosten für NPC, COE und Betrieb. Dadurch erhöht sich die Investitionseffizienz des PV-betriebenen EVCS.
Einem zweiten Szenario zufolge beträgt der minimale FIT-Preis 0,06 $/kWh. Die optimale Systemkonfiguration des PV-Stromversorgungs-EVCS mit dem FIT-Preis von 0.06 $/kWh für vier verschiedene Städte. Eine maximale PV-Anlagenleistung von 100 kW ist aufgrund des niedrigsten NPC-Werts immer noch der optimalste Plan. Wenn der FIT-Preis wie in Szenario 2 sinkt, steigen der NPC, der COE und die Betriebskosten des Solar-EVCS leicht an, wodurch die Investitionseffizienz des PV-betriebenen EVCS sinkt.
Angenommen, es gibt n Aggregatoren und m Elektrofahrzeuge in einem Mikronetz. Der Strombedarf im Zeitraum t wird durch die folgende lineare Funktion ausgedrückt: $D (t) = C_{1} (t) + C_{2} (t) . d_{p} (t)$
Wo d_p(t) ist der stündliche Nachfragepreis für Strom zum Zeitpunkt t? D(t) ist der stündliche Strombedarf; C₁(t) und C₂(t) sind konstante Koeffizienten mit Werten > 0. Der Aggregator hat die folgende quadratische Kostenfunktion, gegeben durch: $C_{i}^{A} (x_{i} (t)) = a_{i} x_{i, t} + \frac{1}{2} β_{i} x_{i, t}^{2}$
wobei x i (t) die im Zeitraum t in der Aggregatorregion i erzeugte Strommenge ist; α_i und β_i sind Koeffizientenkonstanten.
Die an einem Aggregator verfügbare Leistung wird wie folgt angegeben: $P^{a v a i l} (t) = \frac{P_{t}^{m a x} (t) + P_{t}^{a l l o c} (t)}{P^{m a x} (t)}$
Wobei P^max(t)maximale Leistungskapazität zum Zeitpunkt t; P^alloc(t)Menge der zum Zeitpunkt t zugewiesenen Leistung.
Das Verhältnis von Solarstrom und Netzstrom in der Gesamtmenge des erzeugten Stroms zum EVCS in allen Städten bleibt in Szenario 2 das gleiche wie in Szenario 1. In Szenario 2 betragen der NPC und die Betriebskosten des PV-betriebenen EVCS vier Städte. Kaschmir hat die niedrigsten NPC- und Betriebskosten; Bengaluru und Bengaluru sind etwas größer als Kaschmir, während Shillong die höchsten NPC- und Betriebskosten aufweist. Für Szenario 2 COE des PV-betriebenen EVCS für vier Städte. Es wird beobachtet, dass Shillong den höchsten COE von 0.0759 $/kWh aufweist; Bengaluru und Jaipur haben einen COE von 0.0687 $/kWh bzw. 0.0667 $/kWh; während Kaschmir den niedrigsten COE von 0.06 $/kWh aufweist. PV-betriebene EVCS-Bereiche mit der gleichen Sonneneinstrahlung und einem COE, der dem FIT-Preis für Solarenergie entspricht, können ebenfalls für eine Investition in Betracht gezogen werden, indem die Ausrüstung für reduzierte Kosten optimiert wird. Shillong hat einen hohen COE, sodass es für Investoren schwierig ist, Gewinne zu erzielen. Die EVCS-Betriebsfrequenz beträgt 246 kWh/Tag und Netzbezug: 0.077 $/kWh für Szenario 1; Sellback: 0.0838 $/kWh für Szenario 1 und Seil back: 0.08 $/kWh für Szenario 2. Die maximale PV-Systemkapazität von 50 kW gilt aufgrund des niedrigsten NPC-Werts in allen drei verschiedenen Sonneneinstrahlungsbedingungen als optimalster Plan Die gleichen Gesamtinvestitionskosten für die Solar-Ladestation für Elektrofahrzeuge belaufen sich auf 62,550 US-Dollar.
In der vorliegenden Erfindung wird eine PV-Systemkapazität von 100 kW berücksichtigt und aus zwei Szenarien wird abgeleitet, dass sie kosteneffizient ist. Die Förderung der Solarenergie EVCS passt zur aktuellen Situation in Indien. COE-Änderungen des PV-betriebenen EVCS in vier verschiedenen Sonneneinstrahlungsregionen mit FIT-Preis zwei Szenarien. Niedriger ist der FIT-Preis, höher ist der COE. PV-betriebene EVCS in der Stadt Kaschmir können mit geringeren Investitionskosten in Betracht gezogen werden, da der COE dem FIT-Preis entspricht. Für andere Städte in Szenario 2 ist der COE des PV-betriebenen EVCS höher als der neue FIT-Preis, was darauf hinweist, dass staatliche Unterstützung für Kapitalinvestitionen unbedingt erforderlich ist. Der Verbrauch des Ladegeräts für Elektrofahrzeuge beträgt 1,64,563 kWh/Jahr und die aus dem öffentlichen Stromnetz erzeugten CO2 - Emissionen betragen 1,04,004 kg/Jahr bei konventionellem Laden (ohne PV). Durch den Einsatz von PV-Systemen mit größerer Kapazität in Ladestationen für Elektrofahrzeuge können somit der Netzstromverbrauch und die während des Betriebs erzeugte CO₂- Menge reduziert werden. CO₂-Emissionen der PV-betriebenen EV-Ladestation in verschiedenen Sonneneinstrahlungsregionen. Die Ergebnisse zeigen, dass die erzeugte Menge an COz aus der Ladestation für Elektrofahrzeuge in beiden Szenarien in allen Städten unverändert bleibt und bei 57,694 kg/Jahr, 55,566 kg/Jahr, 54,985 kg/Jahr bzw. 52,977 kg/Jahr liegt. Es ist zu beobachten, dass die CO₂ -Emissionen in Kaschmir im Vergleich zu anderen Städten geringer sind, da Kaschmir die höchste Sonneneinstrahlung aufweist, was bedeutet, dass bei höherer Sonneneinstrahlung die Emissionen geringer sind.
Die Zeichnungen und die vorstehende Beschreibung geben Beispiele für Ausführungsformen. Fachleute werden erkennen, dass eines oder mehrere der beschriebenen Elemente durchaus zu einem einzigen Funktionselement kombiniert werden können. Alternativ können bestimmte Elemente in mehrere Funktionselemente aufgeteilt werden. Elemente einer Ausführungsform können zu einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. Beispielsweise können die Reihenfolgen der hier beschriebenen Prozesse geändert werden und sind nicht auf die hier beschriebene Weise beschränkt. Darüber hinaus müssen die Aktionen eines Flussdiagramms nicht in der gezeigten Reihenfolge implementiert werden; Es müssen auch nicht unbedingt alle Handlungen ausgeführt werden. Auch solche Handlungen, die nicht von anderen Handlungen abhängig sind, können parallel zu den anderen Handlungen durchgeführt werden. Der Umfang der Ausführungsformen wird durch diese spezifischen Beispiele keineswegs eingeschränkt. Zahlreiche Variationen, ob explizit in der Spezifikation angegeben oder nicht, wie z. B. Unterschiede in Struktur, Abmessung und Materialverwendung, sind möglich. Der Umfang der Ausführungsformen ist mindestens so breit wie durch die folgenden Ansprüche angegeben.
Vorteile, andere Vorzüge und Problemlösungen wurden oben im Hinblick auf spezifische Ausführungsformen beschrieben. Allerdings sind die Vorteile, Vorzüge, Problemlösungen und alle Komponenten, die dazu führen können, dass Vorteile, Vorteile oder Lösungen auftreten oder ausgeprägter werden, nicht als kritische, erforderliche oder wesentliche Merkmale oder Komponenten von anzusehen einzelne oder alle Ansprüche.
RFEFERENZEN

100: Ein System Zur Analyse Von Photovoltaisch Betriebenen Ladestationen Für Elektrofahrzeuge (EVCS) Mit Integriertem Mikronetz.
102: Erneuerbare Energiequelle
104: DC-Mikronetz
106: Hochsetzsteller
108: Batterie
110: Konverter
110a: AC-Mikronetz
112: Elektrofahrzeug
202: PV-Array
204: MPPT-Steuerung
206: DC-Mikronetz
208: Schnellumrechner
210: Gleichrichter
212: PMSG
214: Windkraftanlage
216: MPPT Und Ladekontrolle
218: Bidirektionaler DC-DC-Wandler
220: Batterie
222: DC/AC-Wechselrichter
224: LC-Filter
226: AC-Mikronetz
228: EV3
230: Zwischenkreis
232: Bidirektionaler Gleichstrom
234: EV1
236: PWM
238: EV2
240: Laderegler
302: Versorgungsnetz
304: Wechselstrom
306: Laden Von Elektrofahrzeugen
308: Konverter
310: Gleichstrom
312: PV
314: Batterie

Claims

Ein System (100) zum Analysieren von mikronetzintegrierten, photovoltaisch betriebenen Ladestationen für Elektrofahrzeuge (EVCS), wobei das System (100) Folgendes umfasst: mindestens eine erneuerbare Energiequelle (102) zum Sammeln erneuerbarer Energie aus einer Region; ein Gleichstrom-(DC)-Mikronetz (104), das mit der erneuerbaren Energiequelle (102) verbunden ist, um Strom von der Energiequelle in einem Gleichstrom-(DC)-Medium über einen Aufwärtswandler (106) zu empfangen, wobei das Mikronetz (104) verbunden ist zu einer Batterie (108) zum Speichern der zusätzlichen Ladung; einen Wandler (110), der mit dem DC-Mikronetz (104) verbunden ist, um den Gleichstrom (DC) in einen Wechselstrom (AC) umzuwandeln und einem Wechselstrom-(AC)-Mikronetz (110a) zuzuführen; und ein Elektrofahrzeug (112), das mit dem Konverter (110) verbunden ist, um Ladung entweder aus dem Wechselstrom-Mikronetz (110a), das mit der erneuerbaren Energiequelle (102) verbunden ist, oder aus dem Gleichstrom-Mikronetz (104), das mit der Batterie (108) verbunden ist, zu extrahieren.
System nach Anspruch 1, wobei die erneuerbare Energiequelle entweder eine Photovoltaikquelle oder eine Windenergiequelle oder eine Kombination davon umfasst .
System nach Anspruch 1, wobei ein Maximum Power Point Tracking (MPPT) mit dem Mikronetz verbunden ist, um die Leistung des Maximum Power Point zu verfolgen.
System nach Anspruch 1, wobei das Elektrofahrzeug (EV) sowohl über die erneuerbare Energiequelle als auch über das Wechselstrom-Mikronetz aufgeladen wird, wenn festgestellt wird, dass die erneuerbare Energiequelle nicht genügend Leistung für eine vollständige Aufladung liefert.
Das System nach Anspruch 1, wobei der Konverter den maximalen Leistungspunkt verfolgt und das EVCS unterstützt, wenn die Einstrahlung der erneuerbaren Energiequelle instabil ist.
System nach Anspruch 1, wobei ein Verhältnis von erneuerbarem Strom und Strom aus dem Mikronetz in der Gesamtmenge an Strom, die für das EVCS erzeugt wird, von der Änderung der Produktionsleistung des 100-kW-PV-Systems und unterschiedlichen Sonneneinstrahlungswerten abhängt.
System nach Anspruch 1, wobei eine Ladesteuerung eines ersten bidirektionalen Gleichstromwandlers mit der Batterie und dem Gleichstrom-Mikronetz verbunden ist, um dem Elektrofahrzeug eine verstärkte Ladung zuzuführen.
System nach Anspruch 1, wobei das Fahrzeug entweder durch einen zweiten bidirektionalen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler aufgeladen wird, der über eine Gleichstromverbindung mit dem Gleichstrom-Mikronetz verbunden ist, oder durch einen Pulsweitenmodulator oder durch das Wechselstrom-Mikronetz.
System nach Anspruch 1, wobei das AC-Mikronetz über einen DC-AC-Wechselrichter und einen Induktivitäts-Kapazitätsfilter (LC) mit dem DC-Mikronetz verbunden ist.