Engineering User-Centric Smart Charging Systems

Die Integration erneuerbarer Energiequellen und die Sektorenkopplung erhöhen den Bedarf an Flexibilität im Elektrizitätssystem. Elektrofahrzeuge koordiniert zu Laden bietet die Chance solche Flexibilität bereitzustellen. Allerdings hängt das Flexibilitätspotential von Elektrofahrzeugen davon ab in welchem Umfang sich die Nutzer der Fahrzeuge dazu entschließen intelligentes Laden zu nutzen. Ziel dieser Dissertation ist es Lösungen für intelligente Ladesysteme zu entwickeln, welche die Nutzer zu flexiblerem Laden anreizen und diese dabei zu unterstützen. Anhand eines Literaturüberblicks und einer Expertenbefragung werden zunächst Ziele identifiziert, welche Nutzer zu einer flexiblen Ladung motivieren können. Die Ergebnisse zeigen, dass neben finanziellen Anreizen auch die Integration erneuer-barer Energien und die Vermeidung von Netzengpässen einen Anreiz für das flexible La-den darstellen können. In der Folge wird untersucht, ob das Framing der Ladesituation hinsichtlich dieser Ziele die Ladeflexibilität von Elektrofahrzeugnutzern beeinflussen kann. Hierzu wird ein Online-Experiment mit Elektrofahrzeugnutzern evaluiert. Das sich ein Teil der Nutzer bei einem Umwelt-Framing flexibler verhält, macht Feedback darüber, wie die CO2-Emissionen von der bereitgestellten Flexibilität abhängen zu einem vielversprechenden Anreiz intelligentes Laden zu nutzen. Um solches Feedback zu er-möglichen werden als Nächstes die CO2-Einsparpotenziale eines optimierten Ladens im Vergleich zu unkontrolliertem Laden untersucht. Dazu werden die marginalen Emissions-faktoren im deutschen Stromnetz mithilfe eines regressionsbasierten Ansatzes ermittelt. Um Echtzeit-Feedback in realen Systemen zu ermöglichen wird darauf aufbauend eine Prognosemethode für Emissionsfaktoren entwickelt. Die Zielerreichung intelligenten Ladens hängt hauptsächlich von der zeitlichen und energetischen Flexibilität der Elektrofahrzeuge ab. Damit Nutzer diese Ladeeinstellungen nicht bei jeder Ankunft an der Ladestation von Hand eingeben zu müssen, könnten sie durch intelligente Assistenten unterstützt werden. Hierfür werden probabilistische Prognosen für die Flexibilität einzelner Ladevorgänge basierend auf historischen Ladevorgängen und Mobilitätsmustern entwickelt. Darüber hinaus zeigt eine Fallstudie, dass probabilistische Prognosen besser als Punktprognosen dazu geeignet sind die Ladung mehrerer Elektrofahrzeuge zu koordinieren

Grid-Connected Distributed Wind-Photovoltaic Energy Management: A Review

Energy management comprises of the planning, operation and control of both energy production and its demand. The wind energy availability is site-specific, time-dependent and nondispatchable. As the use of electricity is growing and conventional sources are depleting, the major renewable sources, like wind and photovoltaic (PV), have increased their share in the generation mix. The best possible resource utilization, having a track of load and renewable resource forecast, assures significant reduction of the net cost of the operation. Modular hybrid energy systems with some storage as back up near load center change the scenario of unidirectional power flow to bidirectional with the distributed generation. The performance of such systems can be enhanced by the accomplishment of advanced control schemes in a centralized system controller or distributed control. In grid-connected mode, these can support the grid to tackle power quality issues, which optimize the use of the renewable resource. The chapter aims to bring recent trends with changing requirements due to distributed generation (DG), summarizing the research works done in the last 10 years with some vision of future trends

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