[논문 리뷰] EV Dispatch Control for Supplementary Frequency Regulation Considering the Expectation of EV Owners

Hui Liu, Junjian Qi외 4명|arXiv (Cornell University)|2016. 08. 13.

Electric Vehicles and Infrastructure참고 문헌 26인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 전기자동차(EV)가 소유주가 기대하는 배터리 충전 수준(SOC)을 고려하면서도 보조 주파수 조정 기능을 제공할 수 있도록 하는 V2G 제어 전략을 제안한다. 제어 센터에서의 불확실한 배치와 충전소에서의 실시간 SOC 보정을 통해 시스템 주파수 안정성과 개인 EV 소유주의 기대가 동시에 충족됨을 보장하며, 이는 이중 영역 전력 시스템에서의 시뮬레이션을 통해 검증되었다.

ABSTRACT

Electric Vehicles (EVs) are promising to provide frequency regulation services due to their fast regulating characteristics. However, when EVs participate in Supplementary Frequency Regulation (SFR), it is challenging to simultaneously achieve the dispatch of the control center and the expected State of Charge (SOC) levels of EV batteries. To solve this problem, in this paper we propose a Vehicle-to-Grid (V2G) control strategy, in which an uncertain dispatch is implemented in the control center without detailed EV charging/discharging information. The regulation from the control center is achieved by allocating the regulation task within the frequency regulation capacity (FRC) of EVs. The expected SOC levels of EV batteries are guaranteed by a real-time correction of their scheduled V2G power in EV charging stations. Simulations on an interconnected two-area power system validate the effectiveness of the proposed V2G control in achieving both the frequency regulation and the expected SOC levels of EVs.

연구 동기 및 목표

• 개별 EV 소유주가 기대하는 배터리 충전 수준(SOC)을 고려하면서도 EV의 보조 주파수 조정(SFR) 참여를 효과적으로 조율하는 문제를 해결하기 위해.
• EV의 실시간 충전/방전 데이터를 정밀하게 확보하지 않고도 효과적인 주파수 조정을 가능하게 하는 제어 전략을 개발하기 위해.
• 충전소에서의 실시간 보정을 통해 EV 배터리의 예상 SOC 수준을 유지하기 위해.
• 실제 전력 시스템 환경에서 제안된 방법을 검증하여 그리드 안정성과 사용자 만족도를 동시에 확보하기 위해.

제안 방법

• 제어 센터는 개별 EV의 충전/방전 데이터에 의존하지 않고, EV의 주파수 조정 능력(FRC) 기반의 불확실한 배치를 사용한다.
• 조정 작업은 EV의 FRC 내에서 할당되어 시스템 주파수 지원을 유지한다.
• 실시간 보정 메커니즘이 충전소에서 예약된 V2G 전력량을 조정하여 소유주가 기대하는 SOC 수준과 일치시킨다.
• 실시간으로 EV 충전소로부터 피드백을 받아 실제와 예상 SOC 수준 간의 이격을 보정한다.
• 시뮬레이션 검증을 위해 제어 전략은 이중 영역 상호연결 전력 시스템 모델에 구현된다.
• 최적화 기법을 적용하여 시스템 조정 수요와 개인 배터리 충전 기대를 균형 잡는다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 개별 EV의 충전/방전 상태에 대한 정밀한 정보 없이도 EV를 효과적으로 보조 주파수 조정에 할당할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ2 그리드 조정 참여 중에 EV 소유주가 기대하는 배터리 SOC 수준을 유지하는 데 어떤 제어 메커니즘이 필요한가?
• RQ3 개별 EV 소유주의 운영 선호도를 존중하면서도 주파수 조정 성능을 유지할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ4 실시간 SOC 보정이 전체 시스템의 주파수 조정 능력에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ5 제안된 V2G 전략은 다중 영역 전력 시스템에서 그리드 안정성과 사용자 만족도를 어느 정도 균형 있게 달성할 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 V2G 제어 전략은 불확실한 EV 배치 조건에서도 이중 영역 전력 시스템에서 시스템 주파수 조정 성능을 성공적으로 유지한다.
• 충전소에서의 실시간 SOC 보정이 실제 배터리 충전 수준을 소유주가 기대하는 값과 효과적으로 일치시킨다.
• 개별 EV의 실시간 충전 또는 방전 행동에 대한 정밀한 데이터 확보 없이도 주파수 조정이 안정적으로 수행됨을 확인하였다.
• 시뮬레이션 결과는 그리드 조정 목표와 사용자 기대의 양측 모두가 동시에 충족됨을 확인하였다.
• 실제 상호연결 전력 시스템 환경에서 본 제어 전략은 강건성과 확장성을 입증하였다.