Εφαρμογή αλγορίθμων κυρτής βελτιστοποίησης στην διαχείριση φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων

Abstract

Abstract: The ever-increasing Electric Vehicle (EV) fleet will undoubtedlystress the power system that requires scalable solutions to ensure normal grid operation and seamless EV charging. Fairness of EV charging power allocation and alignment to voltage restrictions is also essential. Towards that end, this disseration introduces an EV charging allocation framework that takes into account residential power needs, EV charging demand and distribution-line voltage constraints. Our approach breaks down the charging problem into two parts; firstly, it allocates power to distribution line buses according to the weighted proportional fairness criterion and takes into account their specific EV fleet demand. Secondly, as an outcome of a constrained least squares optimization process, each EVs charging power is assigned. Both problems are solved by centralized reference convex optimization algorithms as well as scalable distributed ones introduced to address the charging needs of large EV fleets and long infrastructures. Rigorous analysis proves that the solution of distributed algorithms is close to centralized reference ones. Daily EV charging simulation results indicate a more balanced EV charging power allocation when comparing proportional fairness to linear and quadratic power allocation approaches. At the same time, the problem of management in a wireless and dynamic (on-the-go) charging environment is being studied in order to harmonize the total chargingpower of a number of vehicles to a desired profile.

Ο αυξανόμενος στόλος ηλεκτρικών οχημάτων (ΗΟ) αναμφίβολαθα αποτελέσει ενα επιπλεόν φορτίο για τα σύστηματα διανομής ενέργειας πουθα απαιτήσουν λύσεις για τη διασφάλιση κανονικής λειτουργίας δικτύου καιαπρόσκοπτης φόρτισης ΗΟ. Η δίκαιη κατανομή ισχύος φόρτισης ΗΟ και ηευθυγράμμιση με τους περιορισμούς πτώσης τάσης μπορεί να αποτελέσεισημαντικό ζήτημα. Προς αυτή την κατεύθυνση, η διατριβή μελετά ένα πλαίσιο διαχείρισης φόρτισης που λαμβάνει υπόψη τις ανάγκες οικιακής ενέργειας, τη ζήτηση φόρτισης ΗΟ και τους περιορισμούς πτώσης τάσης σε ακτινικά δίκτυα διανομής. Η προσέγγισή μας χωρίζει το πρόβλημα φόρτισης σε δύο μέρη. Πρώτον, κατανέμεται ισχύς σε ζυγούς της γραμμής διανομής σύμφωνα με τοσταθμισμένο αναλογικό κριτήριο δικαιοσύνης λαμβάνοντας υπ’όψη τη ζήτηση του στόλου των ΗΟ. Δεύτερον, ως αποτέλεσμα μιας διαδικασίας βελτιστοποίησης ελαχίστων τετραγώνων με περιορισμούς,κάθε ΗΟ λαμβάνει μια ανώτατη τιμή ισχύος φόρτισης. Και τα δύο προβλήματα επιλύονται με αλγόριθμους κυρτής βελτιστοποίησης αναφοράς καθώς και αποκατανεμημένους που εισήχθησαν για την επίλυση του προβλήματος για μεγάλους στόλους ΗΟ. Η ανάλυση αποδεικνύει ότι η λύση των κατανεμημένων αλγορίθμων είναι κοντά στην κεντρική λύση αναφοράς. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης φόρτισης ΗΟ υποδεικνύουν μια πιο ισορροπημένη κατανομή ισχύος φόρτισης ΗΟ σε σχέση με προσεγγίσειςγραμμικής και τετραγωνικής στρατηγικής βελτιστοποίησης. Παράλληλα μελετάται και το πρόβλημα διαχείρισης σε περιβάλλον ασύρματης καιδυναμικής (εν κινήσει) φόρτισης με σκοπό την εναρμόνιση της συνολικής ισχύος φόρτισης ενός πλήθους οχημάτων σε ενα επιθυμητό προφίλ.