[논문 리뷰] A Study on V2G impact on the Reliability of Modern Distribution Networks

Stine Fleischer Myhre, Olav Bjarte Fosso외 2명|arXiv (Cornell University)|2023. 02. 20.

Electric Vehicles and Infrastructure인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 현대의 분배 전력망에 차량에서 전력망(V2G) 서비스를 통합하여 신뢰성 평가 방법론을 제안한다. 이는 오픈소스 도구 RELSAD의 확장된 버전을 사용하며, 전기차(EV) 전용 신뢰성 지표 3종을 도입하여 V2G가 전기차에 미치는 영향을 정량화한다. 결과적으로 V2G는 짧은 정전(최대 2시간 이내) 동안 시스템 신뢰성을 크게 향상시키며, 사용 빈도와 지속시간이 낮아 전기차에 미치는 영향은 최소한이다.

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.

연구 동기 및 목표

• 단거리 수리 시간(최대 2시간 이내)을 갖는 현대적이고 라디얼 구조로 운영되는 분배 전력망의 신뢰성에 V2G 서비스가 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 시스템 및 전기차 소유자 관점에서 전기차의 V2G 서비스 참여를 평가하기 위한 방법론을 개발하고 구현하기 위해.
• 전기차가 전력망 지원에 사용되는 빈도와 지속시간을 정량화하기 위해 세 가지 새로운 전기차 중심의 신뢰성 지표를 도입하기 위해.
• 수리 시간, 전기차 충전 용량, 전기차 보급률과 같은 핵심 매개변수에 대한 종합적인 민감도 분석을 수행하기 위해.
• 특히 다른 분산 에너지 자원과의 조합에서 활성 분배 시스템에 V2G 통합의 타당성과 이점을 평가하기 위해.

제안 방법

• 전기차의 양방향 전력 흐름과 배터리 충전 상태 동역학을 고려하여 V2G 기능을 갖춘 전기차를 모델링할 수 있도록 오픈소스 RELSAD 신뢰성 평가 도구를 확장하였다.
• 분배 전력망의 무작위 장애 및 수리 과정을 모델링하기 위해 순차적 몬테카를로 시뮬레이션(SMCS) 프레임워크를 활용하였다.
• 전기차 주차 위치와 충전 용량을 네트워크 모델에 통합하였으며, 정전 시 시스템 수요에 따라 V2G 기능을 활성화하였다.
• 세 가지 새로운 전기차 전용 신뢰성 지표를 정의하고 계산하였다: EV_Int(전기차 사용 빈도), EV_Dur(사용 지속시간), EV_Deg(예상 배터리 열화 영향).
• 수리 시간 분포, 전기차 충전 용량, 네트워크 내 전기차 비율의 세 가지 핵심 매개변수에 대해 전수적 요인 분석을 수행하였다.
• 실제 V2G 디스패치를 시뮬레이션하기 위해 부모 버스 ID 기반 우선순위 전략과 전기차 주차장 내 무작위 선택 방식을 결합한 전기차 선별 전략을 사용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 V2G 서비스는 단거리 수리 시간(≤2시간)을 갖는 현대 분배 전력망의 전반적 신뢰성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 전기차의 V2G 지원 참여 빈도와 지속시간은 시스템 및 전기차 매개변수에 따라 어떻게 변하는가?
• RQ3 수리 시간, 전기차 충전 용량, 전기차 보급률 등의 다양한 시스템 매개변수가 신뢰성 지표에 미치는 영향은 어떻게 상호작용하는가?
• RQ4 V2G 서비스에의 참여로 인한 전기차의 예상 배터리 열화 영향은 무엇인가?
• RQ5 다른 분산 에너지 자원(예: 배터리)과 비교했을 때 V2G의 포함 여부는 정전 시 시스템 신뢰성에 어떻게 기여하는가?

주요 결과

• V2G 지원은 짧은 정전(최대 2시간 이내) 동안 분배 전력망의 신뢰성을 크게 향상시키며, 특히 배터리 등 다른 자원과 조합될 경우 가장 두드러진 영향을 미친다.
• 전기차가 V2G 지원에 사용되는 총 지속시간은 연간 40분 미만으로 매우 짧아 전기차 소유자에게 미치는 운영 부담은 극히 미미하다.
• 장애 발생 확률이 낮기 때문에 정전 시 전기차가 자주 사용되지 않으며, 한 번의 장애 사고당 활성화되는 전기차 비율은 매우 낮다.
• 전기차 관련 지표(EV_Int, EV_Dur, EV_Deg)는 전기차 참여의 빈도와 지속시간을 성공적으로 캡처하였으며, 배터리 열화 영향도 낮음을 보여준다.
• 지속시간 기반 지표(ENS, SAIDI, EV_Dur)는 수리 시간에 매우 민감한 반면, 빈도 기반 지표(SAIFI, EV_Int)는 수리 시간에 덜 민감하고 전기차 비율에 더 민감하다.
• 전기차 충전 용량과 전기차 비율 간의 상호작용은 시스템 지원 능력에 크게 영향을 미치며, 높은 값일수록 더 큰 V2G 기여가 가능하다.