電気自動車の高速充電ステーションの開発における負荷フローの研究を適用

なぜロードフロー分析はEVファストチャーステーション設計にとって重要なのか

電気自動車(EV)へのグローバル移行は、未充電領域への電力システム計画の加速です。 150 kWをコネクタごとに350 kWに配信できる高速充電ステーションは、集中的に、分配ネットワークに断続的な負荷を課します。厳格な負荷フロー研究、ユーティリティ、開発者は、電圧の安定性、変圧器の過負荷、およびコストのかかるインフラ障害を危険にさらすことなく。負荷フロー分析は、安全で効率的な、および拡張可能な高速デプロイメントのための定量基盤を提供します。

この記事では、サイト選定と機器サイジングからグリッド相互接続とコンポジション計画まで、ステーション開発のあらゆる段階のロードフロー・スタディがどのようにガイドするかを調べます。EVエコシステムに必要なロード・フロー分析を行う、現実世界的方法論、規制制約、および新興トレンドを探求します。

EV充電コンテクストにおける負荷フローの基準

ロードフロー・スタディ・コンピューティングとは

ロードフロースタディは、ネットワーク全体で安定した状態の電圧、電流、実および反応力の流れ、およびシステム損失を解決します。EV充電の場合、分析は、ゼロからピークの要求まで数分でランプできる非常に可変的な負荷をモデル化しなければなりません。主な出力には、:

電圧プロファイル]各バスでANSI C84.1レンジAまたはB規格に準拠します。
[]ブランチローディング](ケーブル、変圧器、スイッチギヤ)で熱積み過ぎを防ぐ。
パワーファクター]と、特に非非非非非非非非非非非非非非非非電力ファクターを持つ充電器のための反応電力要件。
システムロス]]]を、運用効率とコストを評価します。

速荷重のユニークな課題

住宅レベル2の充電器(7–19 kW)とは異なり、DCの高速充電器(DCFC)は、大小の非線形負荷として動作します。充電器の電源電子機器は、調和を注入し、ランピング中に電圧フリッカーを作成し、評価された電力の近くで動作するときに重要な反応電流を描画することができます。従来のロードフローモデルは、次のことを考慮する必要があります。

同時充電セッション(負荷ダイバーシティ要因は、高電力充電器の低くなります)。
バッテリーのステート・オブ・チャージ効果 – 充電器は、フル充電、テーパーまで一定の電力を描画することができます。
現場のエネルギー貯蔵と太陽光発電で、二方向のパワーフローを紹介します。

ロードフロースタをステーション開発ワークフローに統合

ステップ1:サイトファシリシビリティとユーティリティ相互接続のスクリーニング

位置にコミットする前に、開発者はユーティリティフィーダデータを使用して予備負荷フロー評価を行います。この研究では、一般的なカップリング(PCC)の時点で利用可能な容量を識別します。既存のトランスまたは二次ネットワークがヘッドルームを欠いている場合は、分析はアップグレードコストとタイムラインを定量化します。多くの米国ユーティリティは、現在相互接続衝撃研究をロードフロー、ショートU-回路、および保護係数(IEF)および調整(IEF)15/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/IEF/

ステップ2:詳細な電気設計

実行可能なPCCが確認したと、エンジニアは、パワーシステムソフトウェア(例えば、ETAP、SKM、PSS/E)の詳細な単一行図を作成しています。ロードフローモデルは、以下を組み込んでいます。

トランスインピーダンス、タップ設定、評価
導体アンパシティと長さ
充電器の電力変換損失および反応力の特徴
オンサイト生成またはストレージディスパッチ戦略

シミュレーションは複数のシナリオで実行します: 最悪の場合同時充電、ピークベースライン、および障害のコンテンシテンシ。設計は電圧低下の限界を満たしなければなりません(通常、フルロードの充電器ターミナルで5%)および[[トランストランスローディングは、連続デューサのネームプレートの100%を上回らない。

グリッド統合と電圧規制

電圧低下の軽減

サービスの変圧器から充電ステロールへの長い二次的実行は、不足電圧の一般的な原因です。負荷フロー分析は、電圧低下が限界を超えた正確な場所を明らかにします。ソリューションは次のとおりです。

導体を増幅するか、またはフィーダーを平行にすること
電圧調整器を設置するか、変圧器をブースト
ローカルコンデンサー銀行を追加して、電力率を改善し、反応電流を削減
アクティブ電圧サポート(例えば、反応力を吸収または注入できるインバーター)の充電器の引込め

フィーダーおよびサブステーションのローディングの影響

速い充電器のクラスターは、分布の送り装置を熱限界にプッシュすることができます。負荷フローの調査を1時間ごとにロードプロファイル(OpenDSSや同様のツールを使用して)、ユーティリティの計画を支援します。

トランスアップグレードまたは、隣接するフィーダーへの負荷転送
ピークグリッドのストレス時に充電を抑制する需要対応プログラム
ピークの要求を剃るメーターの電池の貯蔵の後ろ

高電力充電回廊のNREL Study]は、負荷フロー最適化なしで、10 + 350 kWの充電器のクラスターが2年以内にフィーダーの積み過ぎを引き起こす可能性があることを発見しました。積極的な分析は、40%のアップグレードコストを削減しました。

実世界事例:ハイウェイコリダー高速充電ネットワーク

プロジェクトスコープ

連結子会社であるコンソーシアムは、300マイルの州間コリドーに沿って12の高速充電サイトを計画しました。それぞれが350キロワットの8つのスタイルを保有しています。この地方の流通会社(LDC)は、相互接続を付与する前に、 システムの影響に関する研究[]を要求しました。 3つのサイトでは、既存の12.47kVフィーダーは1.2 MVAを超える容量を欠かせていました。各ステーションは同時に2.8 MVAに引き出します。

ロードフローファインディング

ピーク動作中に最も遠い充電器で、受容不能な電圧サグ(6〜8%)が明らかにされた。さらに、混合された商業居住エリアを提供する変圧器は、夏の午後に85%で既に積み込まれた。EV充電を加えると130%に押し込まれる。

エンジニアリングソリューション

負荷の流れのシミュレーションに基づいて、エンジニアは推薦しました:

]2つの最高需要のサイトで4.16kVサービストランスを、新しいサブステーションバスから直接供給しました。
[]オンサイト500キロワットのバッテリーバッファ]を3番目のサイトでピークをシェービングし、変圧器の負荷を95%に削減します。
電圧調整装置](ステップ電圧調整器)は、長い操業がサグを引き起こした12.47kVフィーダーの。
各ステーションのコンデンサを用いて、PF >0.95を維持し、反応電流を最小限に抑える力率補正。

最終的な設計は、すべての充電セッションで±5%の範囲で、ユーティリティの要件を満たし、維持された電圧を満たしました。この研究では、既存の顧客を中断することなく、構造をシーケンスするためのファシリング計画も提供しました。

(関連検索については、NRELの高電力充電回廊研究参照)を参照してください。)

再生可能エネルギーの生成と貯蔵を組み込む

現代の充電ステーションには、オンサイト太陽光発電とバッテリーストレージが含まれます。負荷フロー分析は、双方向の電力の流れでより複雑になります。エンジニアは、モデルする必要があります。

太陽光発電の分散性(クラウドトランジェント、季節的チルト)
バッテリー充電/放電スケジューリング(ピーク充電イベント中に低グリッドの需要と排出中に充電など)
島化検出とアンチアイランド保護 1 ]]IEEE 1547-2018

適切な負荷の流れのシミュレーションは、太陽の生成が場所の負荷を超過するとき、逆の力の流れは配分装置の評価を超過しないことを保障します。それはまた貯蔵システムが電圧サポートを提供し、変圧器の圧力を減らすことができることを確認します。

規制および規格の遵守

北米の高速充電ステーションは、複数のコードと基準を遵守しなければなりません。フローの調査を直接ロードして、次の点に順守します。

[NEC第625条 – 過電流保護および機器の評価
IEEE 1547]](分散エネルギー資源の相互接続)
ANSI C84.1 – 利用機器の電圧範囲
[]ユーティリティ固有の相互接続要件[ - 多くの場合、アプリケーションパッケージの一部として電力の流れの研究を義務付けます

ヨーロッパでは、対応する規格は、電圧品質とEV充電用のさまざまなIEC 61851シリーズの[]]EN 50160]を含みます。負荷フローの試験は、コンプライアンスのために等しく不可欠です。

未来のトレンド:ダイナミックロードフローとスマート充電

グリッド・アウェア充電用リアルタイム・ロード・フロー

流通オートメーションの進歩により、負荷フロー計算がリアルタイムで実行できます。充電ステーションは、グリッド条件に基づいて充電速度を調整するために動的負荷流量を使用することができます。例えば、10個の充電器の艦隊は、フィーダーの積み過ぎ時に30%の電力を集約的に削減する可能性があり、フェーズ全体で最適化された負荷分布によって損失を最小限に抑えます。

パワーエレクトロニクスの高機能モデリング

次世代ロードフローツールは、超高速充電器で使用されるシリコンカーバイド(SiC)と窒化ガリウム(GaN)インバータの詳細なモデルを組み込んでいます。これらのモデルは、高調波注射と過渡応答をキャプチャし、より正確なグリッド統合研究を可能にします。

確率的負荷フロー

EV充電動作は、確率的であるため、確率的負荷フロー解析は牽引を得ています。最悪の同時充電を想定する代わりに、分析は、確率的電圧と負荷分布を生成するために、数千のモンテカルロシミュレーションを実行します。ユーティリティは、現実的な容量要件を設定し、過渡を回避するためにこれを使用します。

確率的負荷の流れ方法へのより深いダイビングについては、EV充電で配布システムでモデル化されていない「IEEE用紙」を参照してください。.

結論:スケーラブルなインフラに不可欠

負荷の流れの分析は一回限りのチェックボックスではありません。それは、すべての成功したEV高速充電プロジェクトを支える連続的なエンジニアリングプロセスです。充電器ターミナルの電圧品質を確保し、規制当局へのグリッド安定性を向上するため、これらの研究は、コストの間違いを防ぎ、より迅速な展開を可能にします。電力レベルを充電すると、ネットワークは、デンザーを成長させるにつれて、負荷の流れは、電力システム計画のバックボーンを電気モビリティのために残します。

開発者、ユーティリティ、および規制当局は、負荷フローの手法の標準化、フィーダデータ共有、分析ツールへの投資を行うために協力しなければなりません。その結果、電気自動車の大量採用のための安全、効率的、および準備ができた充電インフラになります。

[]EVインフラ向け物流システム計画に関する追加読書のための[U.S.エネルギー省EV-グリッド接続ガイドは、ユーティリティと開発者のための実用的な推奨事項を提供します。[