EV charging stations and RES-based DG: A centralized approach for smart integration in active distribution grids

Renewable Energy Sources based (RES-based) Dispersed Generation (DG) and Electrical Vehicles (EVs) charging systems diffusion is in progress in many Countries around the word. They have huge effects on the distribution grids planning and operation, particularly on MV and LV distribution grids. Many studies on their impact on the power systems are ongoing, proposing different approaches of managing. The present work deals with a real application case of integration of EVs charging stations with ES-based DG. The final task of the integration is to be able to assure the maximum utilization of the distribution grid to which both are connected, without any upgrading action, and in accordance with Distribution System Operators (DSOs) needs. The application of the proposed approach is related to an existent distribution system, owned by edistribuzione, the leading DSO in Italy. Diverse types of EVs supplying stations, with diverse diffusion scenarios, have been assumed for the case study; various Optimal Power Flow (OPF) models, based on diverse objective functions, reflecting DSO necessities, have been applied and tried. The obtained results demonstrate that a centralized management approach by the DSO, could assure the respect of operation limits of the system in the actual asset, delaying or avoiding upgrading engagements and charges

Demand Side Management of Electric Vehicles in Smart Grids: A survey on strategies, challenges, modeling, and optimization

The shift of transportation technology from internal combustion engine (ICE) based vehicles to electricvehicles (EVs) in recent times due to their lower emissions, fuel costs, and greater efficiency hasbrought EV technology to the forefront of the electric power distribution systems due to theirability to interact with the grid through vehicle-to-grid (V2G) infrastructure. The greater adoptionof EVs presents an ideal use-case scenario of EVs acting as power dispatch, storage, and ancillaryservice-providing units. This EV aspect can be utilized more in the current smart grid (SG) scenarioby incorporating demand-side management (DSM) through EV integration. The integration of EVswith DSM techniques is hurdled with various issues and challenges addressed throughout thisliterature review. The various research conducted on EV-DSM programs has been surveyed. This reviewarticle focuses on the issues, solutions, and challenges, with suggestions on modeling the charginginfrastructure to suit DSM applications, and optimization aspects of EV-DSM are addressed separatelyto enhance the EV-DSM operation. Gaps in current research and possible research directions have beendiscussed extensively to present a comprehensive insight into the current status of DSM programsemployed with EV integration. This extensive review of EV-DSM will facilitate all the researchersto initiate research for superior and efficient energy management and EV scheduling strategies andmitigate the issues faced by system uncertainty modeling, variations, and constraints

New dispatching paradigm in power systems including EV charging stations and dispersed generation: A real test case

Electric Vehicles (EVs) are becoming one of the main answers to the decarbonization of the transport sector and Renewable Energy Sources (RES) to the decarbonization of the electricity production sector. Nevertheless, their impact on the electric grids cannot be neglected. New paradigms for the management of the grids where they are connected, which are typically distribution grids in Medium Voltage (MV) and Low Voltage (LV), are necessary. A reform of dispatching rules, including the management of distribution grids and the resources there connected, is in progress in Europe. In this paper, a new paradigm linked to the design of reform is proposed and then tested, in reference to a real distribution grid, operated by the main Italian Distribution System Operator (DSO), e-distribuzione. First, in reference to suitable future scenarios of spread of RES-based power plants and EVs charging stations (EVCS), using Power Flow (PF) models, a check of the operation of the distribution grid, in reference to the usual rules of management, is made. Second, a new dispatching model, involving DSO and the resources connected to its grids, is tested, using an Optimal Power Flow (OPF) algorithm. Results show that the new paradigm of dispatching can effectively be useful for preventing some operation problems of the distribution grids

Decision Support for Smart Grid Planning and Operation Considering Reliability

[ES] Esta tesis aporta contribuciones a los temas de los sistemas de energía y la movilidad eléctrica. Por lo tanto, se proponen soluciones innovadoras para la planificación de la red de distribución radial tradicional sin o con pocas unidades de recursos energéticos distribuidos, y para la planificación, operación, reconfiguración, y gestión de recursos energéticos en redes de distribución en media tensión considerando una alta penetración de los recursos energéticos distribuidos en el contexto de las redes inteligentes. Las preocupaciones sobre la disponibilidad de combustibles fósiles y el aumento de los efectos climático causados por su uso generalizado en la generación de electricidad han llevado a varias políticas e incentivos para atenuar estos problemas. Estas medidas contribuyeron a inversiones considerables en fuentes de energía renovables y motivaron muchas iniciativas de redes inteligentes. Aunque el panorama futuro de los sistemas eléctricos modernos parece muy prometedor, la integración a gran escala de fuentes de energía renovables de naturaleza intermitente, como la eólica y la fotovoltaica, plantea nuevos desafíos y limitaciones en la industria eléctrica actual. Hoy en día, el diseño de la red de distribución no está correctamente preparado para alojar una gran cantidad de fuentes de energía renovables distribuidas. Por lo tanto, los operadores del sistema de distribución reconocen la necesidad de cambiar el diseño de la red mediante la planificación y el refuerzo. A medida que aumenta la penetración de las fuentes de energía renovable, un agregador de energía puede proporcionar una generación y demanda altamente flexibles según lo requiere el paradigma de red inteligente. Además, esta entidad puede permitir lograr una alta integración de la oferta de energía renovable y aumentar el valor para los pequeños productores y consumidores que no pueden negociar directamente en el mercado mayorista. Sin embargo, la entidad agregadora de energía necesita herramientas adecuadas de apoyo a la decisión para superar los desafíos complejos y hacer frente a un gran número de recursos energéticos. Por lo tanto, la gestión de recursos energéticos es crucial para que la entidad agregadora de energía reduzca los costos de operación, aumente de los beneficios, reduzca la huella de carbono y mejore la estabilidad del sistema. En la perspectiva mundial actual, muchas personas se están mudando a las ciudades en busca de una mejor calidad de vida, contribuyendo de esta manera a la continua expansión de las áreas urbanas. En consecuencia, el sector de transportes está jugando un papel crítico en las emisiones de dióxido de carbono. Teniendo en cuenta esto, muchas ventajas medioambientales y económicas pueden ser obtenidas del cambio de los motores de combustión interna a los vehículos eléctricos. Sin embargo, este cambio contribuirá a una carga en la red de distribución, dando lugar a la posibilidad de congestión de la red. Por lo tanto, para facilitar la integración de la carga de los vehículos eléctricos en la red de distribución, un modelo de predicción del comportamiento del usuario de un vehículo eléctrico pode ser una herramienta muy importante. Además, el paradigma de la red inteligente está desafiando la estructura de control y operación convencional diseñado para redes de distribución pasivas. De este modo, la reconfiguración de la red de distribución será una estrategia esencial y significativa para el operador del sistema de distribución. En el estado del arte actual se identificó una falta de modelos, estrategias y herramientas de apoyo a la toma de decisiones adecuadas para los dominios de problemas de planificación, operación y gestión de recursos energéticos de redes de distribución en media tensión con una alta penetración de fuentes de energía distribuidas. Por lo tanto, surgen varios desafíos de investigación que llevan a la necesidad de desarrollar modelos nuevos e innovadores que aborden: a) el impacto de las fuentes de energía renovable y la variabilidad de la demanda en la planificación de la expansión a largo plazo, b) el problema de la gestión de los recursos energéticos a gran escala, teniendo en cuenta la demanda, las fuentes de energía renovables, los vehículos eléctricos y la variabilidad de los precios del mercado, c) el análisis de impacto de los precios de carga dinámicos de los vehículos eléctricos en la operación de la red de distribución y en el comportamiento del usuario del vehículo eléctrico. Además, en el contexto de la red de distribución de media tensión radial tradicional, también se verificó la necesidad de modelos innovadores para mejorar la confiabilidad a través de la identificación de nuevas inversiones en los componentes de la red. Por lo tanto, esta tesis propone soluciones innovadoras para hacer frente a todos estos vacíos y problemas. Para ese propósito, las contribuciones de la tesis, resultan en un innovador sistema de apoyo a la decisión llamado Advanced Decision Support Tool for Smart Grid Planning and Operation (SupporGrid). El SupporGrid se compone de un conjunto de modelos diversificados que juntos contribuyen a manejar la complejidad de la planificación tradicional de las redes de distribución radial (PlanTGrid), y para la planificación (PlanSGrid), operación (OperSGrid), y los problemas de gestión de recursos energéticos (ERMGrid) en redes de distribución de media tensión en el paradigma de red inteligente. PlanTGrid incluye un modelo de planificación de expansión para redes de distribución radial tradicionales para identificar la posibilidad de nuevas inversiones al costo mínimo. La planificación de la expansión a largo plazo de las redes de distribución en un contexto de red inteligente con una alta penetración de fuentes de energía renovables distribuidas y que trata las fuentes de incertidumbre se resuelve mediante el uso PlanSGrid. OperSGrid contiene una herramienta de simulación de viajes de los usuarios de los vehículos eléctricos funcionando en conjunto con un modelo de operación y reconfiguración que utiliza descomposición de Benders y precios marginales para comprender el impacto del precio de carga de energía dinámica en ambos lados: la red de distribución y el usuario de vehículo eléctrico. Para hacer frente a la gestión de recursos energéticos a gran escala con problemas de respuesta a la demanda y sistemas de almacenamiento de energía, así como con la variabilidad de la demanda, las fuentes de energía renovable, los vehículos eléctricos y el precio de mercado, ERMGrid incluye un modelo estocástico de dos etapas. Las metodologías desarrolladas para el sistema de soporte de decisiones se han probado y validado en escenarios realistas. Los resultados prometedores logrados en condiciones realistas respaldan la hipótesis de que las metodologías son adecuadas e innovadoras para la planificación de la red de distribución radial tradicional, y para la planificación, operación, reconfiguración y gestión de recursos energéticos a largo plazo de la red de distribución considerando alta penetración de recursos energéticos distribuidos y de vehículos eléctricos en el contexto de red inteligente. Los resultados prometedores logrados en condiciones realistas respaldan la hipótesis de que las metodologías son adecuadas e innovadoras para la planificación de la red de distribución radial tradicional, y para la planificación, operación, reconfiguración y gestión de recursos energéticos a largo plazo de la red de distribución considerando la alta distribución de recursos energéticos y la penetración de vehículos eléctricos. De hecho, este sistema de apoyo a la decisión mejorará el funcionamiento de las redes de distribución de media tensión, permitiendo ahorros para las partes interesadas

Optimization and Integration of Electric Vehicle Charging System in Coupled Transportation and Distribution Networks

With the development of the EV market, the demand for charging facilities is growing rapidly. The rapid increase in Electric Vehicle and different market factors bring challenges to the prediction of the penetration rate of EV number. The estimates of the uptake rate of EVs for light passenger use vary widely with some scenarios gradual and others aggressive. And there have been many effects on EV penetration rate from incentives, tax breaks, and market price. Given this background, this research is devoted to addressing a stochastic joint planning framework for both EV charging system and distribution network where the EV behaviours in both transportation network and electrical system are considered. And the planning issue is formulated as a multi-objective model with both the capital investment cost and service convenience optimized. The optimal planning of EV charging system in the urban area is the target geographical planning area in this work where the service radius and driving distance is relatively limited. The mathematical modelling of EV driving and charging behaviour in the urban area is developed

Dynamic electricity pricing for electric vehicles using stochastic programming

Electric Vehicles (EVs) are an important source of uncertainty, due to their variable demand, departure time and location. In smart grids, the electricity demand can be controlled via Demand Response (DR) programs. Smart charging and vehicle-to-grid seem highly promising methods for EVs control. However, high capital costs remain a barrier to implementation. Meanwhile, incentive and price-based schemes that do not require high level of control can be implemented to influence the EVs’ demand. Having effective tools to deal with the increasing level of uncertainty is increasingly important for players, such as energy aggregators. This paper formulates a stochastic model for day-ahead energy resource scheduling, integrated with the dynamic electricity pricing for EVs, to address the challenges brought by the demand and renewable sources uncertainty. The two-stage stochastic programming approach is used to obtain the optimal electricity pricing for EVs. A realistic case study projected for 2030 is presented based on Zaragoza network. The results demonstrate that it is more effective than the deterministic model and that the optimal pricing is preferable. This study indicates that adequate DR schemes like the proposed one are promising to increase the customers’ satisfaction in addition to improve the profitability of the energy aggregation business.info:eu-repo/semantics/acceptedVersio

Uncertainty Analysis of the Adequacy Assessment Model of a Distributed Generation System

Due to the inherent aleatory uncertainties in renewable generators, the reliability/adequacy assessments of distributed generation (DG) systems have been particularly focused on the probabilistic modeling of random behaviors, given sufficient informative data. However, another type of uncertainty (epistemic uncertainty) must be accounted for in the modeling, due to incomplete knowledge of the phenomena and imprecise evaluation of the related characteristic parameters. In circumstances of few informative data, this type of uncertainty calls for alternative methods of representation, propagation, analysis and interpretation. In this study, we make a first attempt to identify, model, and jointly propagate aleatory and epistemic uncertainties in the context of DG systems modeling for adequacy assessment. Probability and possibility distributions are used to model the aleatory and epistemic uncertainties, respectively. Evidence theory is used to incorporate the two uncertainties under a single framework. Based on the plausibility and belief functions of evidence theory, the hybrid propagation approach is introduced. A demonstration is given on a DG system adapted from the IEEE 34 nodes distribution test feeder. Compared to the pure probabilistic approach, it is shown that the hybrid propagation is capable of explicitly expressing the imprecision in the knowledge on the DG parameters into the final adequacy values assessed. It also effectively captures the growth of uncertainties with higher DG penetration levels

Smart electric vehicle charging strategy in direct current microgrid

This thesis proposes novel electric vehicle (EV) charging strategies in DC microgrid (DCMG) for integrating network loads, EV charging/discharging and dispatchable generators (DGs) using droop control within DCMG. A novel two-stage optimization framework is deployed, which optimizes power flow in the network using droop control within DCMG and solves charging tasks with a modified Djistra algorithm. Charging tasks here are modeled as the shortest path problem considering system losses and battery degradation from the distribution system operator (DSO) and electric vehicles aggregator (EVA) respectively. Furthermore, a probabilistic distribution model is proposed to investigate the EV stochastic behaviours for a charging station including time-of-arrival (TOA), time-of-departure(TOD) and energy-to-be-charged (ETC) as well as the coupling characteristic between these parameters. Markov Chain Monte Carlo (MCMC) method is employed to establish a multi-dimension probability distribution for those load profiles and further tests show the scheme is suitable for decentralized computing of its low burn-in request, fast convergent and good parallel acceleration performance. Following this, a three-stage stochastic EV charging strategy is designed to plug the probabilistic distribution model into the optimization framework, which becomes the first stage of the framework. Subsequently, an optimal power flow (OPF) model in the DCMG is deployed where the previous deterministic model is deployed in the second stage which stage one and stage two are combined as a chance-constrained problem in stage three and solved as a random walk problem. Finally, this thesis investigates the value of EV integration in the DCMG. The results obtained show that with smart control of EV charging/discharging, not only EV charging requests can be satisfied, but also network performance like peak valley difference can be improved by ancillary services. Meanwhile, both system loss and battery degradation from DSO and EVA can be minimized.Open Acces

Online Coordinated Charging of Plug-In Electric Vehicles in Smart Grid to Minimize Cost of Generating Energy and Improve Voltage Profile

This Ph.D. research highlights the negative impacts of random vehicle charging on power grid and proposes four practical PEV coordinated charging strategies that reduce network and generation costs by integrating renewable energy resources and real-time pricing while considering utility constraints and consumer concerns