[論文レビュー] A Study on V2G impact on the Reliability of Modern Distribution Networks

Stine Fleischer Myhre, Olav Bjarte Fosso+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2023

Electric Vehicles and Infrastructure被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、オープンソースのRELSADツールの拡張版を用いて、V2G（Vehicle-to-Grid）サービスを統合した現代の配電網の信頼性評価手法を提案する。V2Gが電気自動車（EV）に与える影響を定量化するための3つの新しいEV専用信頼性インデックスを導入し、V2Gが短時間の停電（最大2時間）の間にシステム信頼性を顕著に向上させることを示している。EVへの影響は、使用頻度と継続時間が低いため、最小限に抑えられる。

ABSTRACT

The increased penetration of electrical vehicles (EVs) in the distribution system creates a power system with many small moving batteries. With better charging technologies and market structures, the opportunity of using EVs for reliability purposes increases. By utilizing EVs for Vehicle-to-Grid (V2G), they can support the distribution network during outages or other issues. In this paper, we aim to investigate the impact V2G has on the reliability of modern distribution networks. We propose three new EV-oriented reliability indices to provide an overview of the impact experienced by the EVs in the system. For the reliability study, we use our developed reliability assessment tool for distribution networks. The tool is an open available software where the example network and datasets are embedded. We have extended this reliability tool to include a method for evaluating and calculating the reliability of distribution networks containing EVs with V2G possibilities. The paper also includes a thorough sensitivity analysis to further investigate the V2G impact of different parameters.

研究の動機と目的

• 短い修復時間（最大2時間）を有する現代的で放射状に運用される配電網におけるV2Gサービスの信頼性への影響を評価すること。
• システムおよびEV所有者の両視点から、EVがV2Gサービスに参加するための評価手法を開発・実装すること。
• EVが電力系統支援に使用される頻度と継続時間を定量化するための3つの新しいEV指向信頼性インデックスを導入すること。
• 修復時間、EV充電容量、EV普及率などの主要パラメータに対する包括的な感度分析を実施すること。
• 特に他の分散型エネルギー資源と組み合わせた場合に、アクティブ配電システムにおけるV2G統合の実現可能性と利点を評価すること。

提案手法

• EVがV2G機能を有するように、オープンソースのRELSAD信頼性評価ツールを拡張し、双方向潮流およびバッテリーソート・オブ・チージェー（SOC）ダイナミクスをモデル化した。
• 配電網におけるランダムな部品故障と修復プロセスをモデル化するため、逐次モンテカルロシミュレーション（SMCS）フレームワークを採用した。
• EVの駐車位置と充電容量をネットワークモデルに統合し、停電時における系統の要請に基づいてV2Gを活性化した。
• 3つの新しいEV専用信頼性インデックス（EV_Int：EV使用頻度、EV_Dur：使用継続時間、EV_Deg：予想されるバッテリー劣化影響）を定義・計算した。
• 修復時間分布、EV充電容量、およびネットワーク内におけるEVの割合という3つの主要パラメータに対して、全要因の感度分析を実施した。
• 親バスIDに基づく優先順位とEVパーク内でのランダム選択を組み合わせた、現実的なV2Gディスpatchを模擬するEV選定戦略を採用した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 V2Gサービスは、短い修復時間（≤2時間）を有する現代的配電網の全体的な信頼性にどのように影響を与えるか？
• RQ2 EVがV2G支援に参加する頻度と継続時間は何か？ また、システムおよびEV関連パラメータの変化に伴い、それらはどのように変化するか？
• RQ3 修復時間、EV充電容量、EV普及率といった異なるシステムパラメータが、信頼性インデックスにどのように相互作用して影響を与えるか？
• RQ4 V2Gサービスへの参加がEVのバッテリー劣化に与える推定影響は何か？
• RQ5 他の分散型エネルギー資源（例：バッテリー）と比較して、V2Gの統合は停電時におけるシステム信頼性向上にどのように寄与するか？

主な発見

• V2G支援は、短時間の停電（最大2時間）の間、配電網の信頼性を顕著に向上させる。特に、バッテリーなどの他の電源と組み合わせた場合に最も顕著な効果が観察された。
• EVがV2G支援に使用される合計時間は非常に短く、1年間で40分未塔であるため、EV所有者に対する運用負担は最小限に抑えられる。
• 故障発生確率が低いため、EVは停電時によく使用されず、1回の停電イベントあたり使用されるEVの割合はわずかである。
• EV関連インデックス（EV_Int、EV_Dur、EV_Deg）は、EV参加の頻度と継続時間を効果的に捉えており、バッテリー劣化への影響も低く抑えられていることが示された。
• 継続時間に基づくインデックス（ENS、SAIDI、EV_Dur）は修復時間に対して非常に敏感であるが、頻度に基づくインデックス（SAIFI、EV_Int）は修復時間の影響をほとんど受けないが、EVの割合に敏感である。
• EV充電容量とEVの割合の間には顕著な相互作用があり、両者が高くなるほどV2G貢献度が向上する。