Real-time plug-in electric vehicle charging strategies for current and voltage unbalance minimization
Résumé
Plug-in electric vehicles (PEVs) have been proposed as one of the solutions to reduce transportation dependency on oil. Nevertheless, if PEVs are introduced as a new load on the grid without any charging strategy, the grid's power quality will be deteriorated. Among the power quality parameters, current and voltage unbalances would be affected. This paper proposes a real-time strategy in order to minimize the current unbalance factor (CUF) caused by PEVs and housing on a common connection point (CCP) in a residential network. As a consequence of the CUF minimization, the voltage unbalance factor (VUF) is significantly reduced. The CUF at a CCP is formulated as a function of the loads in-phase and quadrature currents (PEVs and householders included). This objective function is minimized under maximum rating and charging priority constraints using algorithm Active-set. The minimization process is a part of the strategy which consists in adapting the optimization problem in real-time to changing conditions such as PEV's arrival and departure times, PEV's battery capacity variety, a random initial state-of-charge (SOC) and the householder's consumption. The strategy was tested on a low voltage network simulated on Matlab /Simulink. Results show that the current balance index is increased more than 400%, the voltage unbalance index is reduced 17% and some of the CCPs in the electric network simulated, are re-balanced (based on the EN50160 standard's definition) thanks to the CUF minimization.
Les véhicules électriques rechargeables (Plug-in electric vehicles-PEV) ont été pro-posés comme une des solutions pour réduire la dépendance du transport par rapport au pétrole. Journal européen des systèmes automatisés – n o 3/2016, 271-298 272 JESA. Volume 49 – n o 3/2016 Malgré ceci, si les PEV s'envisagent comme une nouvelle charge du réseau sans aucune gestion, la qualité d'énergie sera dégradée. Parmi les paramètres caractérisant la qualité d'énergie, le déséquilibre triphasé en courant et en tension seront impactés de façon importante. Cet article propose une stratégie en temps réel qui cherche à minimiser le taux de déséquilibre triphasé en courant (Current Unbalance Factor-CU F) celui-ci étant une conséquence de la consomma-tion des PEV et des lotissements au niveau de points de connexion commun (Common Connection Points-CCP) dans un réseau résidentiel. En plus, le taux de déséquilibre triphasé en tension (Voltage Unbalance Factor-V U F) est réduit par l'effet de la minimisation du CU F. Le CU F a été formulé en fonction des courants en-phase et en-quadrature des charges (PEV et Lo-tissements d'usagers inclus). Cette fonction objective a été minimisée en tenant compte des restrictions liées aux usagers et aux PEV telles que la puissance maximale de charge/décharge et état de charge (State-of-Charge-SOC) maximale au moment du départ. L'algorithme Active-Set a été utilisé pour résoudre le problème d'optimisation. De plus, la stratégie de minimisation du CU F consiste à adapter les paramètres d'entrée à l'algorithme d'optimisation en temps réel en adaptant la réponse de l'optimisateur aux changements des conditions du CCP choisi (ar-rivée au départ des PEV, SOC initial aléatoire, consommation des usagers). La stratégie a été simulée dans un modèle de réseau de basse tension sur MatLab/Simulink. Les résultats montrent que l’index de l’équilibre en courant est augmenté plus de 400% et l’index de déséquilibre en tension est réduit jusqu’à 17% ; en plus, plusieurs CCP ont été rééquilibrés (en se basant dans la norme EN50160) grâce à la minimisation du CUF.