[論文レビュー] Economic Evaluation of Transformer Loss of Life Mitigation by Energy Storage and PV Generation

Milad Soleimani, Mladen Kezunović|arXiv (Cornell University)|Dec 31, 2020

Electric Vehicles and Infrastructure参考文献 15被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、プラグイン電気自動車（PEV）に起因するピーク負荷による変圧器の寿命損失を軽減するために、バッテリーエネルギー貯蔵システム（BESS）と太陽光発電（PV）の経済的妥当性を評価する。テキサス州コロンビア・ステイションの実データ（2018年）とモンテカルロシミュレーションを用いて、BESSとPVの連携運用が、最も高温の地点温度（HST）を効果的に低減し、変圧器の寿命を延ばすことが示された。コスト・ベネフィット比も良好である。

ABSTRACT

High penetration of plug-in electric vehicles (PEVs) can potentially put the utility assets such as transformer under overload stress causing decrease in their lifetime. The decrease in PV and battery energy storage system (BESS) prices has made them viable solutions to mitigate this situation. In this paper, the economic aspect of their optimal coordination is studied to assess transformer hottest spot temperature (HST) and loss of life. Monte Carlo simulation is employed to provide synthetic data of PEVs load in a residential complex and model their stochastic behavior. For load, temperature, energy price and PV generation, real data for City of College Station, Texas, USA in 2018 is acquired and a case study is developed for one year. The results illustrate using BESS and PV is economically effective and mitigates distribution transformer loss of life.

研究の動機と目的

• 増加するPEVの導入に起因する配電変圧器の寿命損失を軽減するための経済的妥当性を評価すること。
• バッテリーエネルギー貯蔵システム（BESS）と太陽光発電（PV）の連携運用が、変圧器の熱的ストレスを低減するメカニズムを分析すること。
• 確率的PEV充電行動が配電変圧器の最も高温の地点温度（HST）および寿命損失に与える影響を評価すること。
• コロンビア・ステイション（テキサス州）の2018年実データを用いたケーススタディを構築し、1年間のシミュレーション期間を想定すること。

提案手法

• 住宅地域における確率的PEV負荷行動を再現するため、モンテカルロシミュレーションを用いて合成データを生成した。
• 2018年のコロンビア・ステイション（テキサス州）の実データとして、負荷、環境温度、電力料金、PV発電量を収集した。
• 熱サイクルに基づいて寿命損失を推定するため、変圧器の最も高温の地点温度（HST）の動的モデルを構築した。
• 投資コスト、運用コスト、電力コスト削減を考慮した経済モデルを策定し、BESSおよびPV統合の正味現在価値（NPV）を評価した。
• HSTを最小限に抑え、変圧器寿命を延長することを目的として、さまざまな負荷および発電シナリオ下でのBESSおよびPVの最適連携運用を評価した。
• 実際の条件を反映するため、1年間の運用をシミュレーションし、性能および経済的成果を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 BESSおよびPVの統合が、PEVに起因するピーク負荷に起因する変圧器の寿命損失低減に与える経済的影響は何か？
• RQ2 確率的PEV充電行動は、配電変圧器の熱的ストレスおよび寿命にどのように影響を与えるか？
• RQ3 BESSおよびPVの連携運用によって、配電変圧器の最も高温の地点温度（HST）はどの程度低減可能か？
• RQ4 投資コスト、運用コスト、電力コスト要因を考慮した場合、BESSおよびPV導入の正味現在価値（NPV）は何か？
• RQ5 負荷、温度、PV発電量の実世界における変動は、対策の経済的および技術的パフォーマンスにどのように影響を与えるか？

主な発見

• BESSおよびPVの統合により、配電変圧器の最も高温の地点温度（HST）が顕著に低減され、結果として寿命損失が軽減された。
• BESSおよびPVの連携運用により、熱サイクルとピーク負荷が低減され、変圧器寿命が明確に延長された。
• 経済分析の結果、エネルギーコストの削減と代替コストの回避によって、BESSおよびPVへの投資が正当化された。
• 実データ条件（2018年）下で、システムの正味現在価値（NPV）は正であったため、経済的実現可能性が裏付けられた。
• モンテカルロシミュレーションは、PEV充電行動の確率的性質を効果的に捉え、システムパフォーマンスの堅牢な評価を可能にした。
• ケーススタディにより、BESSおよびPVを最適に連携させることで、配電網における技術的および経済的利点を達成できることが示された。