Mixed integer nonlinear programming for Joint Coordination of Plug-in Electrical Vehicles Charging and Smart Grid Operations

The problem of joint coordination of plug-in electric vehicles (PEVs) charging and grid power control is to minimize both PEVs charging cost and energy generation cost while meeting both residential and PEVs' power demands and suppressing the potential impact of PEVs integration. A bang-bang PEV charging strategy is adopted to exploit its simple online implementation, which requires computation of a mixed integer nonlinear programming problem (MINP) in binary variables of the PEV charging strategy and continuous variables of the grid voltages. A new solver for this MINP is proposed. Its efficiency is shown by numerical simulations.Comment: arXiv admin note: substantial text overlap with arXiv:1802.0445

Prospects of electric vehicles in the developing countries : a literature review

Electric mobility offers a low cost of travel along with energy and harmful emissions savings. Nevertheless, a comprehensive literature review is missing for the prospects of electric vehicles in developing countries. Such an overview would be instrumental for policymakers to understand the barriers and opportunities related to different types of electric vehicles (EVs). Considering the Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-analysis (PRISMA) guidelines, a systematic review was performed of the electronic databases Google Scholar and Web of Science for the years 2010–2020. The electric four-wheelers, hybrid electric vehicles and electric two-wheeler constituted the electric vehicles searched in the databases. Initially, 35 studies identified in the Web of Science that matched the criteria were studied. Later, 105 other relevant reports and articles related to barriers and opportunities were found by using Google Scholar and studied. Results reveal that electric four-wheelers are not a feasible option in developing countries due to their high purchase price. On the contrary, electric two-wheelers may be beneficial as they come with a lower purchase price

Simulation and analysis of renewable energy resource integration for electric vehicle charging stations in Thailand

This paper presents simulation results and analysis of renewable energy system integration to supplying EV charging stations using Provincial Electricity Authority (PEA) head office located in Bangkok, the capital territory of Thailand. This study has incorporated three types of renewable energy resources, i.e. solar, wind and energy storage. The MERIT™ program is being used in this study to simulate the system performance. However, relevant system data and other parameters, i.e. energy matching (%) between power demand and power supplied from renewable energy resources, capital cost (£) incurred in building renewable energy system, the amount of surplus and deficit (kWh), are also brought into consideration. This work also targeted to devise the annual proportion of three size cases of EVs available in market today - small, medium and large, respectively. On comparing the simulation results with real electricity generating situations, it is envisaged that the obtained solutions being employed to improve performance of a completely installed renewable energy system integrated into EV charging stations, located at PEA head office, are expected to alleviate the electricity use of the grid and meet the charging demand of EV's in the long term

PERFORMANCE IMPACT OF DISPATCHING AND ROUTING IN AN AUTOMATED GUIDED VEHICLE SYSTEM

Dispatching and routing are fundamental operational decisions in automated material-handling systems. Numerous studies have been conducted on these two operational decisions, with more focus being recently made on intelligent routing decisions. However, comparative studies between the effects of dispatching and routing methods have not been reported so far. In this study, we have investigated three dispatching and three routing algorithms and measured their impacts using a simulation model for an automated guided vehicle (AGV) system designed for a real-world production line, in which a grid-type material flow layout is used, and the AGVs need to stop before changing their direction of movement. Two routing algorithms are developed in this study. Simulation experiments revealed that both dispatching and routing algorithms affect the performance of the AGV system, although dispatching methods showed a more significant impact. Good dispatching and routing algorithms are mandatory to improve the overall performance of AGV systems

Optimization of charging strategies for electric vehicles in PowerMatcher-driven smart energy grids

A crucial challenge in future smart energy grids is the large-scale coordination of distributed energy demand and generation. The well-known PowerMatcher is a promising approach that integrates demand and supply exibility in the operation of the electricity system through dynamic pricing and a hierarchical bidding coordination scheme. However, as the PowerMatcher focuses on short-term coordination of demand and supply, it cannot fully exploit the exibility of e.g. electric vehicles over longer periods of time. In this paper, we propose an extension of the PowerMatcher comprising a planning module, which provides coordinated predictions of demand/price over longer times as input to the users for determining their short-term bids. The optimal short-term bidding strategy minimizing a user's costs is then formulated as a Stochastic Dynamic Programming (SDP) problem. We derive an analytic solution for this SDP problem leading to a simple short-term bidding strategy. Numerical results using real-world data show a substantial performance improvement compared to the standard PowerMatcher, without significant additional complexity

Frequency Management Strategies for Local Power Generation Network

This paper presents an intelligent load frequency control technique based on ANFIS controller which is capable to restore system frequency within small fraction of time. Frequency deviations in microgrid occur when the system supply is not sufficient to match the demand. Efforts are required to keep the frequency deviation within acceptable limit. Using vehicle-to-grid technology, where electric vehicles are used as energy storage elements for load frequency control in microgrid. For generating the control action to electric vehicles and energy sources in microgrid, type-2 ANFIS has been employed for quick frequency stabilization in the presence of load and source disturbances. Diesel generator and wind generator are DG sources considered in this paper and electric vehicles are used as energy storage element. Optimal power sharing among the different generating units and electric vehicles is achieved by ANFIS controller. Adaptive nature of ANFIS makes it more suitable and highly robust controller for a complex inter-connected system. Simulation results demonstrate that ANFIS controller is highly efficient as compared to PID controller, fuzzy logic controller, and interval type-2 fuzzy logic controller

Integration of Flywheel Energy Storage Systems in Low Voltage Distribution Grids

Mit dem Ziel, den Stromsektor zu dekarbonisieren und dem Klimawandel zu begegnen, steigt der Anteil erneuerbarer Energieressourcen in den Energiesystemen rund um den Globus kontinuierlich an. Aufgrund des intermittierenden Charakters dieser Ressourcen kann die Aufrechterhaltung des momentanen Gleichgewichts zwischen Erzeugung und Verbrauch und damit der Netzfrequenz ohne angemessene Maßnahmen jedoch eine Herausforderung darstellen. Da erneuerbare Energiequellen mit Umrichterschnittstellen dem System selbst keine Trägheit verleihen, nimmt gleichzeitig die kumulative Systemträgheit ab, was zu schnelleren Änderungen der Netzfrequenz und Bedenken hinsichtlich der Netzstabilität führt. Ein Schwungrad-Energiespeichersystem (Flywheel Energy Storage System, FESS) kann schnell große Leistungsmengen einspeisen oder aufnehmen, um das Netz nach einer abrupten Änderung der Erzeugung oder des Verbrauchs zu unterstützen. Neben der schnellen Reaktionszeit hat ein FESS den Vorteil einer hohen Leistungsdichte und einer großen Anzahl von Lade- und Entladezyklen ohne Kapazitätsverlust während seiner gesamten Lebensdauer. Diese Eigenschaften machen das FESS zu einem gut geeigneten Kandidaten für die Frequenzstabilisierung des Netzes oder die Glättung kurzfristiger Leistungsschwankungen auf lokaler Ebene. In dieser Dissertation wird die Netzintegration eines Hochgeschwindigkeits-FESS auf der Niederspannungsebene aus mehreren Perspektiven untersucht. Zunächst wird das Problem der Platzierung und Dimensionierung eines FESS in Niederspannungsverteilnetzen für Leistungsglättungsanwendungen behandelt. Um den am besten geeigneten Standort für ein FESS zu finden, wird eine datengetriebene Methode zur Abschätzung der relativen Spannungsempfindlichkeit vorgestellt, die auf dem Konzept der Transinformation basiert. Der Hauptvorteil der vorgeschlagenen Methode besteht darin, dass sie kein Netzmodell erfordert und nur Messwerte an den interessierenden Punkten verwendet. Messergebnisse aus einem realen Netz in Süddeutschland zeigen, dass mit dem vorgeschlagenen Ansatz die Netzanschlusspunkte mit einer höheren Spannungsempfindlichkeit gegenüber Wirkleistungsänderungen, welche am meisten von einem durch FESS ermöglichten, glatteren Leistungsprofil profitieren können, erfolgreich zugeordnet werden können. Darüber hinaus wird eine neue Methode zur Dimensionierung von Energiespeichersystemen unter Verwendung von Messdaten eingeführt. Der vorgeschlagene Ansatz erkennt wiederkehrende Verbrauchsmuster in aufgezeichneten Leistungsprofilen mit Hilfe des "Motif Discovery"-Algorithmus, die dann zur Dimensionierung verschiedener Speichertechnologien, einschließlich eines FESS, verwendet werden. Anhand von gesammelten Messdaten aus mehreren Niederspannungsnetzen in Deutschland wird gezeigt, dass die Speichersysteme mit den aus den detektierten Mustern abgeleiteten Charakteristika während der gesamten Messperiode effektiv für ihre Anwendungen genutzt werden können. Als nächstes wurde ein dynamisches Modell eines Hochgeschwindigkeits-FESS entwickelt und mit experimentellen Ergebnissen in mehreren Szenarien, unter Berücksichtigung der Verluste und des Hilfsenergiebedarfs des Systems, validiert. In den untersuchten Szenarien wurde eine maximale Differenz von nur 0,8 % zwischen dem Ladezustand des Modells und dem realen FESS beobachtet, was die Genauigkeit des entwickelten Modells beschreibt. Nach Festlegung des erforderlichen Aufbaus wurde die Leistungsfähigkeit eines 60 kW Hochgeschwindigkeits-FESS während mehrerer Frequenzabweichungsszenarien mit Hilfe von Power Hardware-in-the-Loop-Tests beurteilt. Die Ergebnisse der PHIL-Tests zeigen, dass das Hochgeschwindigkeits-FESS sehr schnell nach einer plötzlichen Frequenzabweichung reagiert und in knapp 60 ms die erforderliche Leistung erreicht, wobei die neuesten Anforderungen der Anwendungsregeln für die Frequenzunterstützung auf der Niederspannungsebene erfüllt werden. Um schließlich die Vorteile des schnellen Verhaltens des FESS für Energiesysteme mit geringer Trägheit zu demonstrieren, wurde ein neuartiger adaptiver Trägheits-Emulationsregler für das Hochgeschwindigkeits-FESS eingeführt und seine Leistung in einem Microgrid mit geringer Trägheit durch Simulationen und Experimente validiert. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die Verwendung des FESS mit dem vorgeschlagenen Trägheits-Emulationsregler die maximale Änderungsrate der Frequenz um 28 % und die maximale Frequenzabweichung um 44 % während der Inselbildung des untersuchten Microgrid reduzieren kann und mehrere zuvor vorgestellte adaptive Regelungskonzepte übertrifft. Der vorgeschlagene Regler wurde auch auf einem realen 60 kW FESS mit dem Konzept des Rapid Control Prototyping implementiert, und die Leistungsfähigkeit des FESS mit dem neuen Regelungsentwurf wurde mit Hilfe von PHIL-Tests des FESS validiert. Die PHIL-Ergebnisse, die die allererste experimentelle Validierung der Trägheitsemulation mit einem FESS darstellen, bestätigen die Simulationsergebnisse und zeigen die Vorteile des vorgeschlagenen Reglers