System für die koordinierte Ladung von Elektrofahrzeugen

Abstract

Der zunehmende Anteil von elektrisch betriebenen Fahrzeugen stellt erhöhte Anforderungen an die elektrischen Niederspannungs- und Verteilnetze. Analysen ergeben, dass es besonders in den Nachmittags- und Abendstunden zu einer starken Belastung bei unkoordinierter, gleichzeitiger Ladung der Fahrzeugbatterien kommt. Daraus resultiert eine weitere Erhöhung der bereits vorhandenen Lastspitzen und somit eine stärkere Beanspruchung der Energienetze. Es entstehen hohe Kosten durch den nötig werdenden Ausbau der Netzinfrastruktur. Diesen Auswirkungen kann mit Hilfe eines Systems für die koordinierte Ladung von Elektrofahrzeugen, welches im Zuge der Diplomarbeit exemplarisch entwickelt wurde, entgegengewirkt werden. Das Ladesystem erhält sowohl Informationen über die momentane Netzsituation, als auch über den Status der Elektrofahrzeuge. Zusätzlich wird es dem Fahrzeughalter ermöglicht, über verschiedenartige Interfaces, z. B. am Smartphone, seine Fahr- und Ladewünsche zu äußern. Aus all diesen Daten wird durch geeignete Algorithmen ein optimierter Ladungsplan erstellt. Somit können die negativen Auswirkungen auf die Netzqualität reduziert werden und es kann auf unvorhergesehene Ereignisse, wie plötzlicher starker dezentraler Einspeisung reagiert werden. Die Ergebnisse des Einsatzes des entwickelten Systems sind die Einbindung von Nutzerwünschen in die Ladungsplanung mit Hilfe der entwickelten Interfaces, sowie die Koordination der Fahrzeugladungen zur Vermeidung von Überlastungen und Spannungsabweichungen in den Energienetzen. Durch die Koordination der Ladung ist eine Verschiebung der zusätzlichen Netzbelastung von der Spitzenlastzeit auf Zeitpunkte geringer Netzauslastung möglich. Es ist auch möglich auf die stark fluktuierenden Einspeisungen durch dezentrale, alternative Energiequellen zu reagieren und diese somit effizienter zu nutzen. Durch den exemplarischen Systembetrieb können praktische Erkenntnisse für den zukünftigen Einsatz von Ladesystemen gewonnen werden. Der Betrieb eines solchen koordinierten Systems ebnet den Weg für die Verbreitung von Elektrofahrzeugen und die großflächige Verwendung alternativer Energiequellen in den Energienetzen der nächsten Generation.<br />

The rising number of electrically powered vehicles (EV) challenges the distribution grid. Analyses revealed that the uncoordinated, simultaneous charging of vehicle batteries results in heavy load, especially in the afternoon and evening hours. This load leads to further increase of the already existing load peaks and thus to an even greater strain on the distribution grid. There are high costs resulting from the necessary expansion of network infrastructure. These effects can be counteracted by a system for coordinated vehicle charging which was developed as part of this thesis. This coordinating system receives information about the current network situation and the status of the vehicles. In addition, it enables the vehicle owner to express his driving and charging preferences via various interfaces. These interfaces are implemented by smart phones or as web page. Based on the information provided by customers, network operators, and energy suppliers, an optimized schedule for EV-charging is created. The charging process of the vehicle is thereby planned and coordinated in order to keep the power quality high despite the increasing burden to the grid. In addition to that, the system is able to react on unforeseen events like sudden strong decentralized generation from alternative energy sources. The results of the use of the developed system is the integration of user requirements in the planning process with the help of the developed interfaces, as well as coordination of vehicle charging to avoid overloads and voltage deviations in the power grid. Due to the coordination of charging, the necessary charging power can be shifted from peak load times to times of lower grid load. It is possible to react to the rapidly fluctuating, decentralized generation of alternative energy sources and thus to use them more efficiently.<br />Because of the exemplary system operation, practical insights for future use of charging systems can be obtained. Due to the controllability of the charging process, it is possible to respond to the rapidly fluctuating generation of distributed alternative energy sources, such as wind energy and photovoltaic systems. Therefore, these sustainable energy sources can be used more efficiently which prepares the path for their future integration into the smart grid.