[論文レビュー] Coordinated Scheduling of Electric Vehicles Within Zero Carbon Emission Hybrid AC/DC Microgrids

Reza Bayani, Arash Farokhi Soofi+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 24, 2021

Microgrid Control and Optimization参考文献 14被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、大容量エネルギー貯蔵を備えず、ゼロカーボンハイブリッドAC/DCマイクログリッドにおいて、プラグイン電気自動車（EV）を協調的にスケジューリングするフレームワークを提案する。EVのバッテリを分散型移動式貯蔵として活用し、DC側に急速充電ステーションを統合し、混合整数二次計画法を用いてEVの充電・放電を最適化することで、日射量が低いかインバーター容量が限界に達する状況下でも、負荷を完全に供給可能となる。EVは個人の移動ニーズとマイクログリッドのピーク負荷対応の両方を満たす。

ABSTRACT

Microgrids with AC/DC architecture benefit from advantages of both AC and DC power. In this paper, daily operation problem for a zero-carbon AC/DC microgrid in presence of electric vehicles (EVs) is considered. In this framework, EVs' batteries are mobile energy storage systems, which allow desirable operation of the microgrid during peak demand hours. This study shows in absence of storage system, EVs' batteries can be properly managed to satisfy the system requirements. In the case studies, several sensitivity analyses based on variations in battery degradation costs, solar irradiance, and inverter capacity are investigated.

研究の動機と目的

• 大容量エネルギー貯蔵を備えず、信頼性の高いゼロカーボン運転を実現する孤立型ハイブリッドAC/DCマイクログリッドの構築。
• EVバッテリが、日常の移動エネルギー需要と、再生可能エネルギー出力が低い際のマイクログリッドピーク負荷対応という二重の役割を果たす方法の調査。
• V2Gコスト、日射量、インバーター容量が、システムの信頼性および運用コストに与える影響の評価。
• 協調的EVスケジューリングが、マイクログリッドにおける従来の貯蔵システムに代わることの実証。
• 混合整数二次計画法を用いたスケーラブルでコスト最適化されたスケジューリングフレームワークの提供。

提案手法

• 日次マイクログリッド運用を最適化するため、混合整数二次計画法（MIQP）モデルを構築。
• EVを移動型エネルギー貯蔵ユニットとしてモデル化し、走行、停止、接続中（充電またはV2G）の3つの運用状態を定義。
• 高速充電ステーションをDC側に限定して設置し、高電力充電およびV2G支援を可能に。
• 線形化されたAC潮流近似を用いて、ACおよびDC両側の電圧、潮流、線路容量制約を設定。
• V2G電力注入に伴うEVバッテリの劣化コストを、実世界のバッテリ劣化を反映する可変乗数を用いて関数として組み込み。
• ノード別潮流バランス式を用い、各母線におけるEV、再生可能エネルギー源、インバーターからの電力注入が負荷需要と一致することを保証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 EVバッテリは、ゼロカーボンハイブリッドAC/DCマイクログリッドにおいて、大容量エネルギー貯蔵を効果的に代替できるか？
• RQ2 V2G運用に伴う劣化コストは、負荷需要を満たすシステムの能力にどのように影響するか？
• RQ3 日射量の低下は、再生可能エネルギーの活用度および負荷供給の信頼性にどのような影響を及ぼすか？
• RQ4 インバーター容量の制限は、ACおよびDC間の電力交換および全体のシステム性能にどのように影響するか？
• RQ5 再生可能エネルギー出力が低いときやインバーター劣化が進行する時期に、EVはどの程度の柔軟性を提供できるか？

主な発見

• V2G劣化コスト乗数が10の場合、EVはV2G電力の供給をゼロとし、日常の移動に必要なエネルギーのみを蓄電するが、依然として99.7％の需要を満たす。
• 日射量が100％のとき、マイクログリッドのエネルギーの60％がPVから供給される。日射量が90％に低下しても、余剰太陽光を管理できる柔軟性により、EVの充電エネルギーは4,490 MWh（90％日射量時）と4,430 MWh（100％日射量時）に比べて増加する。
• 日射量が10％に低下しても、マイクログリッドは全負荷を満たすが、日射量が10％に低下した場合、再生可能エネルギー出力が不十分なため、60％の負荷が失われる。
• インバーター容量がゼロに低下した場合、19.39％の負荷が供給不能となり、AC-DC間の電力交換がエネルギー貯蔵および信頼性に不可欠であることが示された。
• 太陽光日射量が70％を超えた段階で、EVが余剰エネルギーをV2G用に蓄電し始めることから、再生可能エネルギーの余剰供給が可能な閾値が存在することが明らかになった。
• 高コストのV2G、低日射量、インバーター容量の低下といった厳しい条件下でも、EVの柔軟性により、負荷を完全に供給可能であることが維持される。これは、EVの柔軟性による高い耐障害性を示している。