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电动汽车(EVs)的普及是指数式的。然而,由于电力生产能力有限和陈旧的配电基础设施,电网无法同时为几辆电动汽车充电。计划充电是最受推崇的解决方案之一,但它不适用于紧急车辆。

彭博社预测,全球电动汽车销量将从2017年的110万辆增至2025年的1100万辆,然后在2030年激增至3000万辆。只有10%的电动汽车渗透率可能会导致新的不可接受的功率峰值。由于电力生产能力和不完善的配电基础设施,电网可能无法应对新的高峰。

为了解决这一问题,已有研究提出采用“智能充电”策略,通过使用分时电价、电动汽车去中心化充电和实时调度等技术来实现峰谷转换。其中,实时调度技术最为有效。然而,这对于普通的电动汽车是可行的,而对于紧急情况下的电动汽车则不可行,因为它们必须处理紧急情况。这就需要一个能够为政府授权的紧急电动汽车(GAE-EVs)提供“优先充电”的解决方案。本文提供了一个完整的解决方案,其中包括支持此类服务的体系结构和协议。

从表面上看,有两个想法与我们的解决方案相似,但核心概念却截然不同。其中,公司的车队经理实施优先充电,以确保其司机在当地设施的车辆可用性。它更像是管理者基于策略的解决方案,而不是基于技术的解决方案。另一种方式是由停车场所有者在停车场内对电动汽车进行优先充电。这种方式通过排出过剩容量的电动汽车来帮助在停车场内对其他电动汽车进行充电,绕过公用事业公司。然后根据客户的取车时间优先顺序对这些已卸车辆进行收费。然而,如果客户改变主意,提前到店取车,并且发现自己的电动汽车电池已经耗尽,需要为其他电动汽车充电时,这种方法是行不通的。

相比之下,我们提出了一个完全自动化的、全国性的、基于通信网络的架构,为GAE-EVs提供优先充电。

现有的电动汽车充电模型和通信协议

图1展示了现有的电动汽车通信和充电模型。它由四个主要实体组成:

图1还描述了电动汽车使用ISO/IEC 15118通过充电电缆与电动汽车进行物理连接。EVSE使用ISO/IEC 61851通过电力线通信(PLC)与公用事业进行通信。图2为电动汽车充电的消息序列。

Existing EV-to-grid architecture and communication process

Existing EV-to-grid communication protocol

架构和修改的优先充电通信协议

图3给出了一个全面的框图,其中介绍了几个新的功能实体和新的接口。图4建议修订ISO/ iec61850和ISO/ iec15118协议,以支持拟议的GAE-EVs优先充电服务。这两个数字都不言自明。

Proposed architecture and EV-to-grid communication process

Proposed EV-to-grid communication protocols

部署和可靠性

公用事业将在电动汽车充电基础设施的部署和运行中发挥重要作用。随着时间的推移,电力公司对实际充电活动的参与可能会减少,但其收入流将通过向第三方拥有的电动汽车充电站提供电力服务来维持。此外,为了确保充足、安全、高效、互操作和可靠的电动汽车充电服务,电力公司将需要满足北美电力可靠性公司(NERC)和联邦能源管理委员会(FERC)的期望。

合规和采用

在电信部门,商业电信公司向国家安全和应急人员提供优先电信服务,使他们能够在灾害期间相互通信。该服务由国土安全部紧急通信办公室(OEC)领导。它已成功地用于大型事件和紧急情况,如超级碗和波士顿马拉松爆炸案。出于同样的原因,公用事业公司将为国家安全和应急人员提供可靠的优先充电服务,允许他们在当地或跨司法管辖区为紧急电动汽车充电,尤其是在高峰时间或危机期间。服务也可以由OEC管理。

仿真设置与结果

本节解释GAE-EVs优先充电的仿真。为此,我们首先计划了源可用性和负载分布。我们假设了一个小的分区,其中有一个250千伏安的配电变压器,为40到50户平均负荷需求为2千瓦/户的住宅提供服务,一家医院有36千瓦时,一家警察局/消防局有14千瓦时的总需求,24×7。如果250-kVA的变压器在0.92功率因数滞后的情况下运行,它可以为其管辖范围内的用户提供230 kW的电力。在典型的夜晚/夜间,当电动汽车需要充电时,40户居民的集体用电需求按每户2千瓦的费率计算为:80千瓦+ 50千瓦= 130千瓦(其中50千瓦为上述配套服务)。

配电变压器可安全处理的电动汽车充电剩余功率为100kw。如果我们假设一个2级+充电器和一个电动汽车,平均而言,有一个电力需求25千瓦左右充电时,大约需要三个小时充电四个汽车,约12个小时晚上充电16车辆调度(也就是说,一批四个汽车/四),每天播发或者刊登3个小时的时隙。

在这个拥有40个住宅和大约32%电动汽车普及率的细分市场,电动汽车的数量可能在18到21辆之间。让我们假设,在这些电动汽车中,需要优先充电的GAE-EVs是两辆救护车、一辆警车、一辆消防车,以及一至两辆属于行政领导和政策制定者的汽车。这些EVs在身份验证/授权时接收优先充电,如图4所示。

优先充电可采用两种模式:

(a)继续向所有电动汽车(包括优先级和非优先级)收取最高为100%的费用,并根据当时竞争的GAE-EVs数量,拒绝向部分或全部非优先级车辆收取费用,

(b)对所有电动汽车(包括优先级和非优先级)部分充电,最高可达80%、75%或70%等,尽量不拒绝对任何非优先级车辆充电。

我们已经创建了一个算法,并对这两个模型进行了仿真。在选项(a)中,我们观察到在最坏的情况下,4辆非优先级电动汽车被拒绝充电。在选项(b)中,我们观察到,降低充电水平(例如,高达80%、75%或70%),会导致电动汽车充电槽的数量增加。因此,GAE-EVs按优先级收费,不拒绝非优先级EVs。基于这些观察,我们建议选择(b)。

图5 – 8给出了代表50个充电夜晚的50个模拟的结果。图5显示了GAE-EVs连续50个晚上请求优先充电的模式。仿真34表明,申请优先充电的GAE-EVs数量为零。它反映了一个现实的情况,就像偶尔会发生的那样。还请注意,10号仿真显示8辆GAE-EVs(6辆非漫游GAE-EVs和2辆漫游GAE-EVs)。

图6显示了GAE-EVs连续50个晚上请求充电的模式,“a”(即全充电选项-蓝色图)和“b”(即部分75%充电-红色图)。从图中可以看出,b模式(红色)的车辆充电总量要大于a模式(蓝色)的车辆充电总量。这是因为,通过强制部分充电,可以创建一个额外的插槽,在该插槽中可以对那些在完全充电模式下被拒绝的电动汽车进行充电。

Number of authorized emergency EVs charged across 50 simulations

Number of EVs fully and partially charged across 50 simulations

图7和图8显示了全充电模式和部分充电模式的时间片数量和功率分布。可以看出,在100%充电模式下,有4辆非优先级电动汽车被拒绝充电,而通过将充电水平降低到75%,增加了电动汽车充电槽的数量,因此GAE-EVs是按优先级充电,没有非优先级电动汽车被拒绝充电。

Detailed power distribution in 39th simulation with full charging

Detailed power distribution in 39th simulation with partial charging

统计显著性

仿真结果具有统计意义,因为用于设计仿真的所有参数都基于公认的事实和行业最佳实践。结果揭示了一些有趣的事实。例如,图5中的34号仿真图显示,请求优先充电的GAE-EVs数量为零,说明可能偶尔会出现没有请求优先充电的GAE-EV的情况。

类似地,图6显示了两个模型的50次模拟结果:

(a)对所有优先级和非优先级车辆进行100%充电,并根据电网的实时供电状态,拒绝对部分或全部非优先级车辆进行充电,

(b)对所有车辆、优先级车辆和非优先级车辆进行最高达70%至80%的充电,尽量不拒绝对任何额外的非优先级车辆进行充电。

我们发现,在选项(a)的情况下,4辆非优先级电动汽车被拒绝充电,而在选项(b)的情况下,没有非优先级电动汽车被拒绝充电。这一模拟结果不仅为电力公司和政策制定者提供了有价值的统计意义,而且验证了优先充电的概念。

结论

本文提出了GAE-EVs优先充电的方案,提出了一个完整的解决方案,包括对GAE-EVs优先充电协议的新架构和修改。该体系结构中的一个主要功能实体是优先计费服务器,这是一个数据库服务器,在这里注册AE-EV id并维护它们的记录。我们还建议对iec61850和IEC15118协议进行修订,使电动汽车与电网之间能够进行通信。我们的解决方案考虑了一个漫游场景,即一个优先充电请求由一个家庭公用事业网络的AE-EV发起,以及一个非漫游场景,即一个优先充电请求由一个来访的公用事业网络发起。在MATLAB中进行的仿真结果表明,该方案能够满足非紧急电动汽车的需求,同时优先考虑gae -电动汽车。

确认

这里包括的模拟是由Fahd Ali Shifa,助理教授,COMSATS伊斯兰堡,巴基斯坦,在Raziq Yaqub博士的监督下。

历史上的今天
十一月
5
    哇哦~~~,历史上的今天没发表过文章哦
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