Optimized charging control method for plug-in electric vehicles in LV distribution networks

Resumen

Title: Optimized charging control method for plug-in electric vehicles in low voltage distributionnetworksKeywords: plug-in electric vehicles, smart charging, V2G, distribution networks, smart grids, multiobjectiveoptimization, demand side management, voltage unbalances, DIgSILENT PowerFactory[EN] This thesis proposes a new methodology to integrate plug-in electric vehicles in low voltagedistribution networks. Charging a significant number of plug-in electric vehicles will lead to severalimpacts in low voltage distribution networks such as increase of energy losses, overloads of linesand distribution transformers, voltage drops and unbalances, etc. These impacts will dependlargely on the charging control method used. Furthermore, there can be a conflict of interestsbetween electric vehicle users and electric utilities. In this context, this thesis proposes a newmethodology to efficiently integrate plug-in electric vehicles and, at the same time, it reducescharging costs for electric vehicle users. This new methodology is based on a multi-objectiveoptimization which objective functions are minimizing load variance and charging costs. Inaddition, an improvement has been proposed to coordinate the charging of multiple PEVs in orderto reduce voltage drops and unbalances. Furthermore, the proposed solution has beenimplemented in a decentralized architecture which provides several advantages. Aspects such asusers¿ privacy, reliability and scalability are improved compared to centralized controlarchitectures. A real distribution network located in Borup (Denmark) has been used as model totest the effectiveness of the proposed methodology. Simulation results show that the newmethodology improves load factor, limits energy losses, reduces charging costs and limits voltagedrops and unbalances. Considering all these aspects, the proposed methodology improves theintegration of plug-in electric vehicles in low voltage distribution networks.[SP] La presente tesis doctoral propone una nueva metodología para integrar los vehículoseléctricos enchufables en las redes de baja tensión. La carga de un número significativo devehículos eléctricos producirá varios impactos en las redes de baja tensión como son el aumentode pérdidas, la sobrecarga de líneas y transformadores, caídas de tensión, desequilibrios detensión, etc. Estos impactos dependerán en gran medida del método de control de carga utilizado.Además, puede existir un conflicto de intereses entre los usuarios de vehículos eléctricos y lascompañías distribuidores de electricidad. En este contexto, la presente tesis propone una nuevametodología para integrar eficientemente los vehículos eléctricos enchufables y, al mismo tiempo,reducir los costes de carga. Esta metodología está basada en una optimización multiobjetivo cuyasfunciones objetivo son la minimización de la varianza de la carga y de los costes de carga.Asimismo, se introduce una mejora para coordinar la carga de los vehículos eléctricos enchufablescon el objeto de reducir los desequilibrios y las caídas de tensión. Igualmente, la soluciónpropuesta ha sido implementada en una arquitectura descentralizada que proporciona una seriede mejoras adicionales. Aspectos como la privacidad de los usuarios, la fiabilidad y la modularidadson mejorados respecto a soluciones con arquitecturas centralizadas. Un modelo de una red dedistribución real, localizada en el municipio de Borup (Dinamarca), ha sido utilizado paracomprobar la eficacia de la metodología propuesta. Los resultados obtenidos en las simulacionesdemuestran que la nueva metodología mejora el factor de carga, limita las pérdidas de energía,reduce los costes de carga y limita los desequilibrios y caídas de tensión. Teniendo en cuenta todosestos aspectos, la metodología propuesta mejora la integración de los vehículos eléctricosenchufables en las redes de distribución de baja tensión.