Name: بررسی آثار شارژ و دشارژ خودروهای هیبریدی بر شبکه نمونه
SKU: g96
Availability: InStock

توضیحات

بررسی آثار شارژ و دشارژ خودروهای هیبریدی بر شبکه نمونه

A review on the economic dispatch and risk management of the large-scale plug-in electric vehicles (PHEVs)-penetrated power systems

مروری بر پخش بار اقتصادی و مدیریت ریسک در مقیاس بزرگ پلاگین در خودروهای الکتریکی (PHEVs) – نفوذ سیستم های قدرت

شبیه سازی در محیط ام فایل متلب انجام شده است.

دارای گزارش 40 صفحه ای ورد است.

پروژه درس بهره‌برداری از سیستم‌های قدرت

سر فصل های گزارش شامل موارد زیر است:

معرفی خودروهای الکتریکی هیبرید
تاریخچه خودروی‌های برقی و الکتریکی هیبریدی(هایبرید برقی)
توانایی خودروهای الکتریکی هیبرید
انواع خودروی الکتریکی هیبریدی
بررسی سیستم تغذیه و شارژ
باتری و پیل سوختی و مافوق خازن‌ها در خودروهای الکتریکی هیبرید
باتری چیست
پارامترهای باتری
حالت‌های مختلف شارژ کردن
شارژرها
توابع هدف برای بهینه سازی در شارژ خودروهای الکتریکی هیبریدی
استراتژ‌ی‌های مختلف شارژ
فرمول‌بندی مسئله
الگوریتم پیشنهادی

بخشی از گزارش شبیه سازی

معرفی خودروهای الکتریکی هیبرید:

خودروی الکتریکی هیبریدی وسیله نقلیه‌ای تعریف می‌شود که قابلیت اتصال به شبکه را داشته باشد و قادر به حرکت حداقل 10 مایل در حالت الکتریکی، بدون استفاده از سوخت(فسیلی یا باتری) باشد. امروزه باتوجه به مشكلات زيست محيطي بوجود آمده ناشي ازآلودگي هوا وكاهش سوخت‌هاي فسيلي، صنايع خودروسازي گام‌هاي موثري را در راستاي بهره‌برداري بهينه از منابع انرژي برداشته‌اند. اين عوامل سبب گرديده است تا استراتژي صنايع خودروسازي به سمت خودروهايي با آلودگي و مصرف سوخت كم متمايل شود .با توجه به محدوديت خودروهاي برقي خالص(تمام برقی) درطي مسافت‌هاي رانشي طولاني و مشكلاتي نظير تخليه سريع باتري‌ها وهزينه بالا، خودروهاي هايبريد برقي مورد توجه قرارگرفته‌اند. خودروهاي هايبريد برقي با بهره‌گيري از دومنبع انرژي براي رانش خودرو، داراي ساختار پيچيده‌تري هستند. خودروي هايبريد، يك سيستم تركيب شده از چندين زير سيستم شامل موتوراحتراقي، سيستم انتقال، موتورالكتريكي، باتري، كلاچ، ترمز و… . مي‌باشد. هر زيرسيستم خود يك سيستم پيپچده بوده كه عملكرد و مشخصه مربوط به خودش را دارا مي‌باشد.

در توضیحات زیر بعضی از جداول و… نیامده و با خرید این محصول قابل دریافت است.

استراتژ‌ی‌های مختلف شارژ

در این قسمت قصد داریم که معرفی کوتاهی در مورد انواع استراتژی‌های مختلف شارژ را به‌طور خلاصه بیان کنیم و با بیان خلاصه‌ای از نفوذهای مختلف در شبکه قدرت، ابتدا شبکه 14 باس IEEE را معرفی کرده سپس بدون تاثیر هیچ خودروی الکتریکی ابتدا پخش باری با روش گوس_ سایدل روی این شبکه زده و تلفات را روی این شبکه بدست آوریم. سپس با مدل کردن باتری خودروهای هیبریدی بعنوان یک بار در این شبکه و قرار دادن تمامی این خودروها در یک پارکینگ، تاثیر این خودروها را روی تلفات این شبکه نمونه با نفوذهای مختلف بدست آورده و با هم مقایسه خواهیم کرد. سپس مناسب‌ترین محل را برای ساخت پارکینگی برای دشارژ این خودروها با در نظر گرفتن قیود تلفات و پروفیل ولتاژ بیابیم.

در زیر تعدادی از استراتژی‌های مختلف شارژ مورد استفاده در مقالات آورده شده است که به آن‌ها اشاراتی می‌کنیم.

استراتژی اول

در یک حالت در هر فیدر توزیع kVA25 برای هر 5 خانه دو خودروی الکتریکی هیبرید فرض می‌شود. در این حالت در دو حالت نرمال و سریع با استراتژی شارژ در زمان غیر پیک که طبق DOE تعریف شده شارژ شده است. در این شارژ‌های هوشمند هم دو نوع مختلف شارژ داریم:

شارژ سراسیمه: این حالت نوعی شارژ هوشمند است که خودروی الکتریکی هیبرید شارژ خود را بر اساس سطح توان از پیش تعیین شده توسط شبکه قطع می‌کند.
شارژ کنترل بار خانگی: در این حالت خانه‌ها باید بارهای غیرضروری خود را برای شارژ به طور کامل و سریع کاهش دهند. در این استراتژی نیاز به استفاده از مافوق ساختارهای اندازه‌گیری برای نظارت بر بارهای خانگی و کلیدهای کنترل از راه دور برای خاموش و روشن کردن خودروهای الکتریکی هیبرید نیاز است. به عبارتی دیگر در این استراتژی با ایجاد یک دره در مصرف بار زمانی‌که می‌خواهیم خودروی الکتریکی هیبرید را به شبکه متصل کنیم باعث از بین رفتن پیک اضافی می‌گردد.

استراتژی دوم

در مقالات، مطالعات روی چهار استراتژی مختلف انجام شده که زمان و فرکانس شارژ خودروهای الکتریکی هیبرید را کنترل می‌کنند. استراتژی‌های

کنترل نشده
با تاخیر : شارژ با تاخیر یعنی از ساعت 10 شب به بعد شارژ انجام شود.
خارج از پیک: شارژ خارج از پیک یعنی شارژی که تحت نظارت شرکت برق به منظور بهینه‌سازی حالت شارژ انجام شده باشد.
دائمی

در مقالات شبیه‌سازی شده است.

استراتژی سوم

استراتژی شارژ دیگری که در این‌جا ذکر می‌گردد به حالت زیر می‌باشد:

مدل شبکه هوشمند: خودروهای الکتریکی به عنوان بار از مکان‌های مخصوص شارژ و به عنوان منبع در شبکه شارژ می‌شوند. این حالت مورد مطالعه ما قرار دارد.

استراتژی چهارم

استراتژی شارژ دیگری که باید به آن اشاره کنیم بر اساس دو زمان شارژ است:

شارژ شبانه: در این حالت باتری خارجی در زمان‌ های شبانه شارژ می‌شود.
شارژ شبانه و در فرصت شارژ: فرصت شارژ را زمانی تعریف می‌کنیم که وسیله حداقل سه ساعت پارک شده است. در این حالت علاوه بر شارژ شبانه در فرصت شارژ هم شارژ داریم.

شارژ به دو صورت کنترل‌شده و کنترل‌نشده مقایسه شده است که بر اساس زمان عملکرد بریکرها در اتصال خودروهای الکتریکی هیبرید به شبکه و تعداد این بریکرها می‌باشد. در حالت کنترل نشده زمان شروع اتصال بریکرها ساعت 16 و زمان پایان ساعت 6 می‌باشد. در این حالت تا ساعت 24 در هر دو ساعت دو بریکر وصل می‌شود و از زمان شارژ به بعد بریکرها به ترتیب از مدار خارج می‌شوند. علت این زمان هم این است که زمان شارژ هر خودروی الکتریکی هیبرید 6 ساعت فرض شده است. در حالت کنترل شده زمان شروع 20 و زمان پایان 4 می‌باشد که تا زمان 24 هر دو ساعت 6 بریکر وصل می‌شود و بعد از ساعت 24 قطع می‌شود. دراین حالت شارژ سریع خواهد بود پس توان بیشتری را جذب خواهد کرد.

استراتژی پنجم

در حالت دیگر شارژ بر اساس سه سناریو انجام می شود: شارژ بهینه، شارژ در بعدازظهر و دو بار شارژ در روز استراتژی‌های شارژ می‌باشند.

استراتژی ششم

در حالت بعدی شارژ بر اساس 4 استراتژی:

کنترل نشده در بعدازظهر: در این حالت شارژ در بین ساعت‌های 6 تا 8 عصر شروع می‌شود.
کنترل نشده در بعد از ظهر و دو بار در روز: در این سناریو شارژ در زمان‌های 8 تا 9 صبح و 6 تا 8 بعد‌از‌ظهر در دو مرتبه انجام می‌‌گردد. این حالت شارژ بدترین اثر شارژ را روی شبکه می‌گذارد.
شارژ با تاخیر در زمان شب: از 12 شروع می‌شود و در 6 صبح تمام می‌گردد.
شارژ بهینه شبانه: در این حالت شارژ زمانی انجام می‌گیرد که تقاضا به حداقل خود برسد این شارژ نیاز به تکنولوژی شبکه هوشمند دارد.

استراتژی هفتم

در حالت آخر شارژ در سه بازه زمانی 21 تا 6 و 18 تا 21 و 10 تا 16 بر اساس میزان سفرهای خودروها در دو حالت کنترل شده و نشده صورت می‌گیرد. که سعی ما بر این است که از این تحلیل به دلیل جامع بودن و موثر بودن میزان سفرها در تحلیل استفاده کنیم.

شیوه تحلیل اثر خودروی الکتریکی روی شبکه باید شامل موارد زیر باشد:

ناحیه انتخاب گردد.
یک روز از سال(معمولا پیک مصرف سالانه) انتخاب گردد.
تعداد خودروهای الکتریکی دراین ناحیه تخمین زده شود.
نرخ رشد نفوذ خودروهای الکتریکی تا سال 2050 تخمین زده شود.

در این تحقیق سعی داریم در ابتدا شبکه 14 باس IEEE را معرفی و یک پخش بار از آن گرفته و سپس میزان تلفات روی هر خط را بدست آوریم.

اطلاعات شبکه 14 باس (Bus Data) در جدول زیر آمده است.

Bus	Bus	Voltage	Angle	Load	Load	Gen	Gen	Static Mvar	Static Mvar	–
No.	Code	Mag	Degree	MW	MWAR	MW	MVAR	Q_min	Q_Max	Q_c/-Q
1	1	1.060	0	0	0	0	0	0	0	40
2	2	1.045	0	21.7	12.7	40	42.2	40	250	0
3	2	1.010	0	94.2	19	0	23.4	40	250	0
4	3	1	0	47.8	3.9-	0	0	40	160	0
5	3	1	0	7.6	1.6	0	0	40	80	0
6	2	1.07	0	11.2	7.5	0	12.2	0	0	0
7	3	1	0	0	0	0	0	0	0	0
8	2	1.09	0	0	0	0	17.4	0	0	0
9	3	1	0	29.5	16.6	0	0	0	0	0
10	3	1	0	9	5.8	0	0	0	0	0
11	3	1	0	3.5	1.8	0	0	0	0	0
12	3	1	0	6.1	1.6	0	0	0	0	0
13	3	1	0	13.5	5.8	0	0	0	0	0
14	3	1	0	14.9	5	0	0	0	0	0

اطلاعات شبکه 14 باس(Line Data)

حال با استفاده از نرم افزار متلب و اجرای برنامه پخش بار گوس- سایدل، اطلاعات زیر را گرفتیم.

X^’	1/2B	X	R	Bus	Bus
–	p.u.	p.u.	p.u.	nr	nl
1	0.0264	0.0592	0.0194	2	1
1	0.0246	0.223	0.054	5	1
1	0.0219	0.198	0.047	3	2
1	0.0170	0.1763	0.0581	4	2
1	0.0173	0.1739	0.057	5	2
1	0.0064	0.1710	0.067	4	3
0.9780	0	0.0421	0.0134	5	4
0.9690	0	0.2091	0	7	4
0.9320	0	0.5562	0	9	4
1	0	0.2520	0	6	5
1	0	0.1989	0.095	11	6
1	0	0.2558	0.1229	12	6
1	0	0.1303	0.0662	13	6
1	0	0.1762	0	8	7
1	0	0.1100	0	9	7
1	0	0.0845	0.0318	10	9
1	0	0.2704	0.1271	14	9
1	0	0.1921	0.082	11	10
1	0	0.1999	0.2209	13	12
1	0	0.348	0.1709	14	13

Losses	Losses	Bus	Bus
MVAR	MW	nr	nl	number
5.699-	0.215	2	1	1
3.699-	0.369	5	1	2
0.427-	1.002	3	2	3
2.421-	0.374	4	2	4
2.467-	0.378	5	2	5
3.967	2.063	4	3	6
0	0	5	4	7
0.242	0	7	4	8
0.184	0	9	4	9
0.478	0	6	5	10
2.462	1.176	11	6	11
1.910	0.918	12	6	12
3.669	1.864	13	6	13
4.597	0	8	7	14
0	0	9	7	15
0	0	10	9	16
0	0	14	9	17
0	0	11	10	18
0	0	13	12	19
0	0	14	13	20

جدول فوق اطلاعات توان‌های تلف شده بین باس‌ها را نشان می‌دهد.

نمودار تلفات خطوط قبل از شارژ خودروها که خطوط از 1 تا 20 نام گذاری شده‌اند

دقت کنید که تلفات بر حسب کیلو وات است.

در جدول زیر مجموع توان‌ها در هر باس مشخص شده است.

–	–	–	Bus
MVA	MVAR	MW	No.
53.471	38.078	37.540	1
39.192	34.657	18.300	2
97.529	25.263	94.200-	3
47.959	3.900	47.800-	4
7.767	1.600-	7.600-	5
123.093	122.582	11.200-	6
0	0	0	7
55.675	55.675	0	8
33.850	16.600-	29.500-	9
10.707	5.800-	9.000-	10
3.936	1.800-	3.500-	11
6.306	1.600-	6.100-	12
14.693	5.800-	13.500-	13
15.717	5.000-	14.900-	14

مجموع توان‌ها در هر باس

هم‌چنین در جدول زیر توان‌های انتقالی بین هر دو باس معیین شده است.

–	–	–	Bus	Bus
MVA	MVAR	MW	nr	nl
33.989	13.901	31.016	2	1
25.041	24.176	6.524	5	1
47.985	4.095	47.810	3	2
24.663	24.654	0.662	4	2
25.010	25.002	0.628	5	2
55.974	29.784	47.392-	4	3
0	0	0	5	4
11	11	0	7	4
5.936	5.936	0	9	4
14.775	1.496	14.699	6	5
37.645	37.640	0.662	11	6
29.239	29.234	0.550	12	6
56.776	56.728	2.327	13	6
51.078	51.078-	0	8	7
0	0	0	9	7
0	0	0	10	9
0	0	0	14	9
0	0	0	11	10
0	0	0	13	12
0	0	0	14	13

توان‌های انتقالی بین باس‌ها

مجموع کل تلفات هم به قرار زیر است.

MVAR	MW
3.302	8.359

مجموع کل تلفات

مسلم است که باید تحلیل را در ساعات مختلف روز انجام دهیم. اما چون اطلاعات بار را در ساعات مختلف روز نداریم تنها در همین موقع که پخش بار از شبکه گرفتیم بار را به مدت 5 ساعت ثابت فرض میکنیم. و برای بهترین حالت فرض می‌کنیم که 30 درصد از تمامی خودروها در محلی با بدترین حالت در حال شارژ هستند. اگر دقت کنید خواهید فهمید که باس شماره 3 نامناسب‌ترین باس برای شارژ کردن خودروهای هیبریدی یا برقی است زیرا بیشترین تلفات در خطوطی هستند که به این باس متصل هستند و ماکزیمم توان هم روی این باس قرار دارد پس محتمل‌ترین باس برای پیشامد کردن فروپاشی شبکه همین باس است. اگر فرض کنیم 5000 خودروی هیبریدی در این شبکه وجود دارد پس همزمان در بدترین حالت 30 درصد از این خودروها در حال شارژ شدن هستند و اگر هر خودرو را معادل با یک باتری با ظرفیت KW.h16 باشد و فرض کنیم که در طول 5 ساعت که برای شارژ شدنش به شبکه متصل است بعنوان یک بار معمولی بدون بر هم زدن تعادل شبکه عمل می‌کند، می‌توانیم آن‌را معادل با باری با توان اکتیو 3.2 کیلوواتی که متصل به شین شماره 3 شبکه است، فرض کرد. خودروها را در باس شماره3 قرار میدهیم. بنابراین خودروها معادل‌اند با باری با توان اکتیو 4800 کیلو وات یا 4.8 مگاوات.

(دقت کنید که چون هر خودرو 16 کیلووات ساعت انرژی دارد می‌توانیم فرض کنیم که شارژر هر خودرو 3.2 کیلوواتی باشد یعنی هر خودرو حداقل به 5 ساعت زمان برای شارژ شدن بطور کامل فرصت دارد. )

وبلاگ متلبی دارای مطالب آموزشی متلب و پروژه های رایگان متلب است.
شبیه سازی مقاله Eddy-Current Loss Modeling for a Form-Wound Induction Motor Using Circuit Model

در مرحله اول فرض می‌کنیم که 10% از خودروها در باس نمونه در حال شارژ شدن هستند.

Losses	Losses	Bus	Bus	–
MVAR	MW	nr	nl	عدد
5.180-	0.219	2	1	1
3.699-	0.369	5	1	2
0.296-	1.033	3	2	3
2.417-	0.375	4	2	4
2.463-	0.379	5	2	5
4.150	2.135	4	3	6
0	0	5	4	7
0.242	0	7	4	8
0.184	0	9	4	9
0.478	0	6	5	10
2.462	1.176	11	6	11
1.910	0.918	12	6	12
3.669	1.864	13	6	13
4.597	0	8	7	14
0	0	9	7	15
0	0	10	9	16
0	0	14	9	17
0	0	11	10	18
0	0	13	12	19
0	0	14	13	20

تلفات بین هر2 باس با نفوذ 10%

در جدول زیر تلفات کل مشاهده می‌شود.

MVAR	MW
3.637	8.469

تلفات کل با نفوذ 10%

نمودار تلفات با شارژ 10%

در مرحله بعد فرض می‌کنیم که نفوذ خودروها 20% است.

جدول‌های زیر نمایش دهنده تلفات کل و تلفات روی هر خط است.

Losses	Losses	Bus	Bus	–
MVAR	MW	nr	nl	عدد
5.166-	0.224	2	1	1
3.699-	0.369	5	1	2
0.162-	1.065	3	2	3
2.413-	0.377	4	2	4
2.459-	0.380	5	2	5
4.336	2.208	4	3	6
0	0	5	4	7
0.242	0	7	4	8
0.184	0	9	4	9
0.478	0	6	5	10
2.462	1.176	11	6	11
1.910	0.918	12	6	12
3.669	1.864	13	6	13
4.597	0	8	7	14
0	0	9	7	15
0	0	10	9	16
0	0	14	9	17
0	0	11	10	18
0	0	13	12	19
0	0	14	13	20

تلفات بین هر2 باس با نفوذ 20%

MVAR	MW
3.978	8.580

تلفات کل با نفوذ 20%

نمودار تلفات با شارژ 20%

نمودار تلفات با شارژ10%و 20%

اکنون با فرض نفوذ 30 درصد نتایج زیر حاصل گردید که مشخص می‌کند تلفات افزایش می‌یابد.

MVAR	MW
4.171	8.617

تلفات کل با نفوذ 30%

نمودار تلفات با شارژ30%

نمودار تلفات بدون شارژ و با شارژ10% و 20%و30%

Losses	Losses	Bus	Bus	–
MVAR	MW	nr	nl	عدد
5.156-	0.227	2	1	1
3.699-	0.369	5	1	2
0.032	1.106	3	2	3
2.410-	0.378	4	2	4
2.455-	0.381	5	2	5
4.317	2.198	4	3	6
0	0	5	4	7
0.242	0	7	4	8
0.184	0	9	4	9
0.478	0	6	5	10
2.462	1.176	11	6	11
1.910	0.918	12	6	12
3.669	1.864	13	6	13
4.597	0	8	7	14
0	0	9	7	15
0	0	10	9	16
0	0	14	9	17
0	0	11	10	18
0	0	13	12	19
0	0	14	13	20

جدول زیر تلفات بین باس‌ها را نشان می‌دهد.

در این مرحله ابتدا به کمک برنامه متلب و الگوریتم ژنتیک مناسب‌ترین محل را برای احداث یک پارکینگ دشارژ خودروی هیبریدی بین 13 باس از 14 باس شبکه(بجز باس اسلگ) یافته، سپس برای این‌که قیودی که در قسمت بعد تعریف می‌شوند، رعایت شوند تعداد خودروهایی که باید در این شبکه حضور داشته باشند را پیدا کردیم.

بخشی از توضیحات این قسمت در اینجا نیامده است.

فرمول‌بندی مسئله

در این تحقیق الگوریتمی برای حل مسئله ارائه شده است که بوسیله آن، ماکزیمم مقدار برای اندیس سود را نتیجه می‌دهد تا بدین طریق بهینه‌ترین محل و بهترین سایز برای DGها(تعداد خودروها برای دشارژ شدن) در سیستم قدرت انتخاب شود. این الگوریتم شامل برخی قیود است تا بتوان تابع هدف را بطور کامل پیاده سازی کرد. قیود بدین شرح هستند:

سایز DGها باید حداکثر به اندازه سایز کل بارهای سیستم باشد.
هیچ DGای نباید بهSlack Bus متصل باشد.
اندیس سود باید ماکزیمم شود.

الگوریتم پیشنهادی

در این تحقیق تجمیعی از الگوریتم ژنتیک و پخش بار برای حل مسئله استفاده شده است. در مرحله اول پخش بار برای سیستم اولیه اجرا می‌شود و نتایج پخش بار به صورت پروفیل ولتاژ برای هر باس و تلفات خطوط برای هر خط در برنامه save می‌شود. در ادامه و در مرحله بعد با اجرا کرده الگوریتم ژنتیک و در نظر گرفتن قیود مسئله ایجاد جمعیت و انجام جهش و پرش در این الگوریتم، محل و سایز منابع تولید پراکنده(خودروها) در سیستم قدرت تعیین می‌شود و سپس با اجرای دوباره پخش بار، پروفیل ولتاژ برای هر باس و تلفات خطوط برای هر خط در برنامه save می‌شود و با ادامه این روند برای چندمین بار در آخر با پایان یافتن این روند وقتی تغییر محسوسی در نتایج حاصل نشد حل مسئله پایان یافته است.

رفع خطای mux blocks used to create bus signals در سیمولینک متلب

سیستم 14 باس IEEE که در شکل زیر نشان داده شده است و کلیه اطلاعات خط و باس‌های آن در جدول‌های قبلی آورده شده است، سیستمی است که در این تحقیق مورد بررسی واقع شده است. اطلاعات داده شده در برنامه پخش بار متلب استفاده و اجرا شده است و طبق روند زیر حل مسئله به اجرا گذاشته شده است:

اطلاعات خطوط و باس‌ها را بخوان
برنامه پخش بار را اجرا کن و نتایج را ذخیره کن
الگوریتم ژنتیک را اجرا کن
نتایج حاصله که محل و سایز DGهاست را اجرا و پارامترهای جدید باس‌ها را بخوان
برنامه پخش بار را اجرا کن و مقدار تابع هدف را تعیین کن
مراحل 4و5 را آنقدر تکرار کن تا به نتیجه دل‌خواه مسئله برسی

نمودار تک خطی شبکه 14 باس

نتایج	Rsults
3	محل پارکینگ
25.896	سایز پارکینگ
10.36792	تلفات
1.00939	VPII
0.76374	LLRI
1.19039	BI

نتایج حاصل از اجرای برنامه بصورت زیر است.

بنابر این با توجه به این‌که باید مقدار توان روی باس 3 مشخص شد باید در این محل تنها حدود 8000 خودروی برقی بطور همزمان دشارژ شوند.

بنابراین بطور کلی باس شماره 3 بهترین محل برای دشارژ خودروهای هیبریدی است که اگر مدل خودروها همان مدل ارائه شده در این تحقیق باشد، حداکثر 8000 خودرو باید در آن واحد دشارژ شوند.

از طرفی باس شماره 3 بدترین موقعیت برای ساخت پارکینگی برای شارژ خودروها است.

کلید واژه:Plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), Economic dispatch, Joint scheduling ,Risk management ,Electric market

شبیه سازی