Published January 26, 2021 | Version v1
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Microgrid based on photovoltaic energy for charging electric vehicle stations: charging and discharging management strategies in communication with the smart grid

Description

The rapid development of electric vehicles (EVs) increases the power demand, which causes an extra burden on the public grid increasing the load fluctuations, therefore, hindering the high penetration of EVs. A real-time rule-based algorithm for electric vehicle (EV) charging stations empowered by a DC microgrid is proposed to deal with the uncertainties of EV users' behaviour considering its arbitrary and random choices through the human-machine interface, meanwhile considering most of the users' choices. The simulation results obtained under MATLAB/Simulink verify the feasibility of the proposed management strategy that presents a good performance in terms of precise control. In addition, EV shedding and restoration optimization algorithms (SROA) for battery charging power can be used to meet user needs while maintaining EV charging station power balance, taking into consideration the intermittency of the photovoltaic (PV) source, the capacity limitation of the storage, and the power limitation of the public grid. The simulation results show that compared with rule-based algorithm, the proposed SROA respect the user's choice while reducing total charging time, increasing the full rate, and maximizing the available power utilization, which shows the feasibility and effectiveness of SROA. Furthermore, a PV based charging station for EVs can participate to solve some peak power problems. On the other hand, vehicle to grid (V2G) technology is designed and applied to provide ancillary services grid during the peak periods, considering the duality of EV battery 'load-source'. So, a dynamic searching peak and valley algorithm, based on energy management, is proposed for an EV charging station to mitigate the impact on the public grid, while reducing the energy cost of the public grid. Simulation results demonstrate the proposed searching peak and valley algorithm effectiveness, which can guarantee the balance of the public grid, meanwhile satisfy the charging demand of EV users, and most importantly, reduce the public grid energy cost. (author)

Abstract (French)

Le developpement rapide des vehicules electriques (EVs) augmente la demande de puissance, ce qui provoque une charge supplementaire sur le reseau public et augmente les fluctuations de la charge. Par consequent, la forte penetration des EVs est freinee. Un algorithme simule en temps reel et base sur des regles est elabore pour les bornes de recharge des EVs alimentees par un micro-reseau DC afin de faire face aux incertitudes du comportement des utilisateurs des EVs. L'algorithme prend en consideration les choix arbitraires et aleatoires proposes via l'interface homme-machine. Les resultats de simulation sont obtenus sous MATLAB / Simulink et verifient la faisabilite de la strategie de gestion proposee. Cette strategie presente de bonnes performances en garantissant un controle precis. Par ailleurs, les algorithmes d'optimisation de delestage et de la restauration des EVs (SROA) pour la recharge de la puissance de la batterie peuvent etre utilises pour repondre aux besoins des utilisateurs. Aussi les algorithmes SROA maintiennent l'equilibre de la puissance de la station de recharge des EVs. Les algorithmes SROA prennent en compte l'intermittence de la source photovoltaique (PV), la limitation de capacite du stockage et la limitation de puissance du reseau public. En comparant les resultats de la simulation aux algorithmes bases sur les regles, les algorithmes SROA proposes respectent le choix de l'utilisateur, reduisent le temps de charge total, augmentent le plein debit et maximisent l'utilisation de la puissance disponible. Les resultats de la simulation montrent la faisabilite et l'efficacite des algorithmes SROA. En outre, une station de charge basee sur le PV pour les EVs peut participer a la resolution de certains problemes lies au pic de puissance. D'autre part, la technologie de vehicule a reseau (V2G) est concue et appliquee pour fournir des services auxiliaires au reseau pendant les periodes de pointe, et V2G considere la dualite de la batterie des EVs 'charge et source'. Ainsi, un algorithme de recherche dynamique des pics et de vallees est propose pour une station de recharge des EVs afin d'attenuer l'impact sur le reseau public. Cet algorithme reduit ainsi le cout energetique du reseau public. Les resultats de la simulation demontrent bien l'efficacite de l'algorithme de recherche des pics et des vallees. L'algorithme peut garantir l'equilibre du reseau public, satisfaire la demande de charge des utilisateurs des EVs et, surtout, reduire le cout energetique du reseau public. (auteur)

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Original title (English)
Micro-reseau base sur l'energie photovoltaique pour le recharge des stations de vehicules electriques: strategies de gestion de la charge et de la decharge en communication avec le reseau intelligent

Publishing Information

Imprint Pagination
112 p.
Report number
FRNC-TH--12043

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Notes
109 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses