Методологія аналізу впливу електромобілів на розподільчу мережу: теоретичний підхід

Abstract

Зростання попиту на електроенергію та стрімке поширення електромобілів створюють значні виклики для низьковольтних розподільчих електромереж, зокрема для їх критично важливих компонентів, таких як розподільчі трансформатори. Інфраструктура, спроєктована для традиційних навантажень, стикається з ризиком перевантаження через високі пікові навантаження, спричинені неконтрольованим заряджанням електромобілів. У цій статті розроблено комплексний методологічний підхід для оцінки впливу процесів заряджання на довговічність розподільчих трансформаторів із врахуванням різних рівнів проникнення електромобілів, комбінацій електричних навантажень та локальних умов експлуатації. Дослідження базується на гіпотезі, що оптимізація графіків заряджання, зокрема перенесення його на непікові години, може суттєво зменшити швидкість старіння трансформаторів і підвищити надійність електропостачання. Запропонована методологія використовує модель на основі нечіткої логіки, яка інтегрує численні фактори, що впливають на експлуатаційні характеристики трансформаторів, включаючи температуру навколишнього середовища, вплив гармонійних спотворень, рівень компенсації реактивної потужності, наявність зворотних потоків енергії від фотоелектричних установок та ризики перевантаження. У роботі розглянуто сценарії заряджання на вимогу, заряджання в непіковий час та комбінований режим із використанням технології «автомобіль-домівка» (V2H), що забезпечує інтеграцію електромобілів як резервного джерела енергії для побутових потреб. Результати дослідження демонструють, що запровадження таких підходів дозволяє мінімізувати витрати на модернізацію мережі, забезпечуючи стабільність її роботи навіть за умов високого рівня проникнення електромобілів. Представлена методологія слугує основою для розробки адаптивних стратегій управління енергетичними ресурсами, спрямованих на покращення стійкості системи розподілу, подовження терміну служби трансформаторів та підвищення економічної ефективності інфраструктури.

The growing demand for electricity and the rapid proliferation of electric vehicles present significant challenges for low-voltage distribution networks, particularly their critical components, such as distribution transformers. Infrastructure designed for traditional loads faces the risk of overloading due to high peak loads caused by uncontrolled electric vehicles charging. This paper develops a comprehensive methodological approach to assessing the impact of charging processes on the lifespan of distribution transformers, considering various levels of electric vehicles penetration, combinations of electrical loads, and local operating conditions. The study is based on the hypothesis that is optimizing charging schedules, particularly shifting charging to off-peak hours, can significantly reduce transformer ageing rates and enhance the reliability of the power supply. The proposed methodology employs a fuzzy logic-based model that integrates numerous factors affecting transformer performance, including ambient temperature, harmonic distortion, reactive power compensation, reverse energy flows from photovoltaic installations, and overload risks. The study examines charging scenarios on demand, off-peak charging, and a combined mode with vehicle-to-home (V2H) technology, which integrates electric vehicles as a backup energy source for household needs. The results demonstrate that such approaches can minimize network upgrade costs while maintaining network stability even under high electric vehicles penetration levels. The presented methodology provides a foundation for developing adaptive energy resource management strategies aimed at improving distribution system resilience, extending transformer lifespan, and enhancing the economic efficiency of the infrastructure.