تطبيق دراسات تدفق المركبات في تطوير محطات شحن المركبات الكهربائية

الخطوة 2: التصميم الكهربائي التفصيلي

ومع تأكيد وجود مركز تنسيق عملي، يقوم المهندسون ببناء مخطط مفصل وحيد الخط في برامجيات نظام الطاقة (مثل برنامج التدريب التقني، ونظام إدارة المعارف، ونظام دعم البرامج/المكتب التنفيذي).

• تلف المتحولين، وأجهزة التنصت، والتقديرات
• السلام والطول
• خسائر تحويل الطاقة وخصائص القدرة الاسترجاعية
• استراتيجيات توليد أو تخزين في الموقع

(ب) عمليات المحاكاة التي تجرى في سيناريوهات متعددة: خط الأساس في أسوأ الحالات في آن واحد، وخط الأساس غير المباشر، والخطأ في الحالات الطارئة؛ ويجب أن يفي التصميم بالحدود من التسرب [و] (بشكل تقريبي بنسبة 5 في المائة في محطة الشحن تحت الحمولة الكاملة) و] تحميل متنقل لا يتجاوز 100 في المائة من الإسم المركباًاً مستمراً.

نظام الإدماج والفولط

التحلل الارتجاعي

وتشكل المواصلات الثانوية الطويلة من محول الخدمات إلى شحن الأكشاك سبباً مشتركاً للتخلف، ويكشف تحليل تدفق القروض عن المواقع التي تتجاوز فيها قطرات البرتاج الحدود القصوى.

• تحديث الموصلات أو المغذيات الموازية
• تركيب أجهزة تنظيم للفولط أو تعزيز المحولات
• إضافة مصارف محلية لأجهزة مراقبة السفن لتحسين عامل الطاقة والحد من النشاط الحالي
• تحديد مواقع الشحنات بدعم نشط في مجال الفولط (مثل المتحولين الذين يمكنهم امتصاص أو حقن القدرة الاستباقية)

التأثير على التغذية وقطع الغيار

ويمكن لمجموعة من الشاحنات السريعة أن تدفع مغذي توزيع إلى حدها الحراري، وتساعد الدراسات المتعلقة بتدفقات الرؤوس التي تحمل رسوماً بالساعة (تستخدم خدمات البرمجيات المفتوحة المصدر أو أدوات مماثلة) المرافق على التخطيط لما يلي:

• تحديثات أو نقل حمولات إلى أجهزة تغذية مجاورة
• برامج الاستجابة للطلبات التي تحد من رسوم الحمل أثناء فترة الضغط على شبكة الذروة
• خلف مخزن البطاريات المتر لحلق ذروة الطلب

وقد تبين من دراسة NREL ] للممرات ذات القدرة العالية التي تفرض رسوماً، أنه بدون أن تُحدَّد تدفقات الشحن على النحو الأمثل، يمكن أن تتسبب مجموعات شحنات 10+ 350 كيلوواط في تحميلات زائدة في غضون سنتين من التركيب، وقد أدى التحليل الاستباقي إلى خفض تكاليف رفع مستوى الحرارة بنسبة 40 في المائة.

دراسة الحالة في العالم الحقيقي: شبكة الممر السريع

نطاق المشروع

A consortium planned 12 fast-charging sites along a 300-mile interstate corridor, each with 8 stalls at 350 kW. The local distribution company (LDC) required a system impact study] before granting interconnection. At three sites, the existing 12.47 kV feeder lacked capacity beyond 1.2 MVA; each station would draw up to two.8 MVA.

Load Flow Findings

وكشفت الدراسة عن وجود محاصيل غير مقبولة (6-8 في المائة) في أكبر شحنات أثناء عملية الذروة، وبالإضافة إلى ذلك، تم تحميل محول واحد يخدم منطقة تجارية مختلطة في فترات ما بعد الظهر، بنسبة 85 في المائة خلال فترة الصيف؛ فإضافة رسوم على المركبات الإلكترونية ستدفعها إلى 13 في المائة.

الحلول الهندسية

واستنادا إلى محاكاة تدفق الحمولة، أوصى المهندسون بما يلي:

• Dedicated 4.16 kV service transformers] at the two highest-demand sites, fed directly from a new substation bus.
• On-site 500 kWh bat buffers] at the third site to shave the top, reducing transformer loading to 95%.
• ] voltage regulation equipment] (step-voltage regulators) on the 12.47 kV feeder where long runs caused the sags.
• Power factor correction] using capacitors at each station to maintain PF ⁇ 0.95, minimizing reactive current.

وقد استوفى التصميم النهائي متطلبات المرافق العامة وحافظ على فولتات في حدود 5 في المائة في جميع الدورات التي تُفرض رسوم، كما قدمت الدراسة خطة للمتابعة التدريجية لتسلسل أعمال البناء دون انقطاع العملاء الحاليين.

(انظر أيضاً ] NREL’s high-power charging corridor research] for related findings.)

إدماج الأجيال المتجددة والخزن

وتشمل محطات الشحن الحديثة الكثير من المحركات الفولطية الشمسية في الموقع وتخزين البطاريات، ويصبح تحليل تدفق الرؤوس أكثر تعقيداً مع تدفقات الطاقة ذات الاتجاهين، ويجب على المهندسين أن ينموذجوا:

• تقلب الجيل الشمسي (المرورات الخارجية، النمر الموسمي)
• رسوم البطارية/الرسم الزمني للشحن (مثلاً، الشحن خلال الطلب المنخفض على الشبكة، والتدبير أثناء ذروة رسوم الأحداث)
• Islanding detection and anti-islanding protection per IEE 1547-2018]

ويكفل محاكاة تدفق الحمولة السليمة أنه عندما يتجاوز توليد الطاقة الشمسية حمولة المحطات، لا يتجاوز تدفق الطاقة العكسي تقديرات معدات التوزيع، كما يؤكد أن نظام التخزين يمكن أن يوفر الدعم بالفولط ويقلل من الضغط المحول.

الامتثال في الأنظمة والمعايير

ويجب على محطات الشحن السريع في أمريكا الشمالية أن تلتزم بتعدد المدونات والمعايير، وتدعم دراسات تدفق القروض بشكل مباشر الامتثال لما يلي:

• NEC Article 625] - Overcurrent protection and equipment ratings
• IEE 1547] (الربط بين موارد الطاقة الموزعة)
• ANSI C84.1] - نطاقات فولتاج معدات الاستخدام
• ] متطلبات الربط بين المرافق الخاصة بالقابلية للتأثر - كثيرا ما تُكلف بإجراء دراسة لتدفق الطاقة كجزء من مجموعة التطبيقات

وفي أوروبا، تشمل المعايير المقابلة EN 50160] لجودة الفولط ومختلف سلسلة IEC 61851 لشحن الغلاف الجوي، كما أن دراسات تدفق القروض ضرورية أيضاً للامتثال.

الاتجاهات المستقبلية: تدفق القمامة الديناميكية وشحن الذكاء

"التوقيت الحقيقي لتدفق "الحياة

وتتيح التطورات في التشغيل الآلي للتوزيع إجراء عمليات حساب تدفق الحمولة في وقت قريب من الوقت الحقيقي، ويمكن أن تستخدم محطات الشحن نتائج تدفق الحمولة الدينامية لتعديل معدلات الشحن على أساس ظروف الشبكة، وعلى سبيل المثال، قد يؤدي أسطول من عشرة شحنات إلى خفض الطاقة مجتمعة بنسبة 30 في المائة خلال تحميل زائد على المغذيات، مع تقليل الخسائر إلى الحد الأدنى من التوزيع الأمثل للشحن عبر المراحل.

النموذج العالي الوضوح للالكترونيات الكهربائية

وتشتمل أدوات تدفق الحمولة الجيل القادم على نماذج مفصلة من كربيد السيليكون ولافتات النتريد المجازي المستخدمة في شحنات الموجات فوق البنفسجية، وتلتقط هذه النماذج الحقن المتسق والاستجابة عبر الأنظار، مما يتيح إجراء دراسات أكثر دقة لتكامل الشبكات.

تدفق موجة التعبئة

ونظراً لأن سلوك الشحن الإلكتروني هو سلوك مُحكم، فإن تحليل تدفق الحمولة المُحتملة يكتسب مُشكلة، وبدلاً من أن يُفرض أسوأ شحنات متزامنة، يُجري التحليل آلاف المحاكاة في مونت كارلو لإنتاج توزيعات مُحتملة للفولط والتحميل، وتستخدم المرافق هذه الشروط لتحديد متطلبات واقعية للقدرات وتفادي الإفراط في الاستثمار.

For a deep dive into probabilistic load flow methods, see this IEE paper on uncertainty modeling in distribution systems with EV charging].

الاستنتاج: أساس البنية التحتية القابلة للتوسع

ولا يشكل تحليل تدفق القروض صندوقاً واحداً - بل هو عملية هندسية مستمرة تدعم كل مشروع ناجح للشحن السريع من طراز EV، ومن ضمان جودة الفولط في محطات الشحن إلى إثبات استقرار الشبكة إلى المنظمين، فإن هذه الدراسات تحول دون حدوث أخطاء باهظة التكلفة وتسمح بالنشر السريع، ومع تزايد كثافة مستويات الطاقة وشبكات النمو، ستظل تدفق الحمولة العمود الفقري لنظم الطاقة التي تخطط للتنقل الكهربائي.

ويجب على المطورين والمرافق والمنظمين التعاون لتوحيد منهجيات تدفق الحمولة، وتبادل البيانات المغذية، والاستثمار في أدوات التحليل، وستكون النتيجة هياكل أساسية مجهزة بالأمان والكفاءة، ومستعدة للتبني الجماعي للمركبات الكهربائية.

For additional reading on distribution system planning for EV infrastructure, the ]U.S. Department of Energy’s EV-Grid Interconnection Guide] provides practical recommendations for utilities and developers.]