Nghiên cứu giải pháp tối ưu hoá quá trình điều khiển và vận hành trạm sạc tích hợp điện mặt trời tại Việt Nam

Nghiên cứu giải pháp tối ưu hoá quá trình điều khiển và vận hành trạm sạc tích hợp điện mặt trời tại việt nam Nghiên cứu giải pháp tối ưu hoá quá trình điều khiển và vận hành trạm sạc tích hợp điện mặt trời tại việt nam Nghiên cứu giải pháp tối ưu hoá quá trình điều khiển và vận hành trạm sạc tích hợp điện mặt trời tại việt nam Nghiên cứu giải pháp tối ưu hoá quá trình điều khiển và vận hành trạm sạc tích hợp điện mặt trời tại việt nam Nghiên cứu giải pháp tối ưu hoá quá trình điều khiển và vận hành trạm sạc tích hợp điện mặt trời tại việt nam Nghiên cứu giải pháp tối ưu hoá quá trình điều khiển và vận hành trạm sạc tích hợp điện mặt trời tại việt nam Nghiên cứu giải pháp tối ưu hoá quá trình điều khiển và vận hành trạm sạc tích hợp điện mặt trời tại việt nam

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC NGUYỄN NGỌC VĂN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TỐI ƯU HĨA Q TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ VẬN HÀNH TRẠM SẠC TÍCH HỢP ĐIỆN MẶT TRỜI TẠI VIỆT NAM LUẤN ÁN TIẾN SĨ: KỸ THUẬT NĂNG LƯỢNG Hà Nội – 2023 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC NGUYỄN NGỌC VĂN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TỐI ƯU HĨA Q TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ VẬN HÀNH TRẠM SẠC TÍCH HỢP ĐIỆN MẶT TRỜI TẠI VIỆT NAM Ngành: Kỹ thuật Năng lượng Mã số: Thí điểm LUẬN ÁN TIẾN SĨ: KỸ THUẬT NĂNG LƯỢNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS NGUYỄN HỮU ĐỨC Hà Nội - 2023 THE MINISTRY OF INDUSTRY AND TRADE ELECTRIC POWER UNIVERSITY VAN NGUYEN NGOC A RESEARCH ON OPTIMAL SOLUTIONS FOR CONTROL AND OPERATION OF PHOTOVOLTAIC INTEGRATED CHARGING STATIONS IN VIETNAM Field: Energy engineering Code: Pilot DISSERTATION: ENERGY ENGINEERING SUPERVISOR ASSOC PROF DR DUC NGUYEN HUU Hanoi - 2023 i DECLARATION I hereby declare that this is my original research work The cited information in the dissertation has been properly referred and the sources are clearly indicated The data and research results presented in this thesis are truthful and have not been published in any other scientific work Hanoi, August 10th, 2023 Supervisor Ph.D Candidate ASSOC PROF DR Duc Nguyen Huu Van Nguyen Ngoc ii AKNOWLEDGEMENTS I would like to express my sincere gratitude to the supervisor, Assoc Prof Dr Duc Nguyen Huu, for his supervision, support, and encouragement throughout the course of my research He has motivated and inspired my research and was constantly supportive of my endeavors His profound expertise and insightful advice had been invaluable in my research Under his supervision, I not only built my research skills but learnt a lot of interpersonal skills as well I am deeply appreciative of the Electric Power University's leadership, the Postgraduate Training Department, the Faculty of Energy Technology, and the Electrical Engineering Faculty, as well as professors, colleagues etc who had provided me assistance and motivation during the research I had the opportunity of collaborating with numerous fellow students and engineers throughout my Ph.D journey I am sincerely grateful for their valuable contribution Lastly, I would like to thank my wife and my beloved family Their unconditional love had been invaluable in maintaining my dedication and enthusiasm during the research Hanoi, August 10th, 2023 Ph.D Candidate Van Nguyen Ngoc iii TABLE OF CONTENTS DECLARATION i AKNOWLEDGEMENTS .ii TABLE OF CONTENTS iii ABBREVIATIONS vi LIST OF TABLES vii LIST OF FIGURES viii INTRODUCTION 1 Motivation for research .1 1.1 COP26 and PDP VIII – the commitments of Vietnam to sustainable development 1.2 The transition to electric two-wheeler mobility in Vietnam’s urbans 1.3 Rooftop solar power development in Vietnam and its impacts 1.4 PV-integrated charging stations – A solution for both E2W and rooftop solar development Research goals, scope, and research questions Research methodology 10 Research contributions and outline of the thesis 10 CHAPTER I: OVERVIEW OF ELECTRIC VEHICLE CHARGING STATIONS – ARCHITECTURES AND CONTROL ALGORITHMS 12 1.1 Charging station architectures .12 1.1.1 Centralized control architecture 13 1.1.2 Decentralized control architecture .13 1.1.3 Hierarchical control architecture 14 1.1.4 Proposal of E2W charging station architecture 15 1.2 EV charging station control algorithms 16 1.2.1 Algorithms focus on technical aspects 17 1.2.2 Algorithms focus on economic objectives 22 1.3 Summary 24 iv CHAPTER II: MODELING OF PV-INTEGRATED ELECTRIC- TWOWHEELER CHARGING STATIONS 25 2.1 Chapter objectives 25 2.2 Charging station block diagram 25 2.3 Realtime model .26 2.3.1 PV module and PV array .26 2.3.2 Battery model .28 2.3.3 DC-DC boost converter and maximum power point tracking (MPPT) algorithm 31 2.3.4 Grid-tie inverter 33 2.3.5 Bi-directional charger/discharger 34 2.4 Long-term model 35 2.5 Summary 36 CHAPTER III: CHARGING POWER ALLOCATION ALGORITHM FOR E2W CHARGING STATIONS 37 3.1 Chapter objectives 37 3.2 Input data requirements 37 3.2.1 Electric bike and electric motorcycle specifications 38 3.2.2 Charging behaviors 39 3.2.3 Conventional load profile 44 3.2.4 Solar power output profile 44 3.2.5 Battery degradation - A crucial consideration of V2G technology .44 3.3 Charging power allocation algorithm for E2Ws .45 3.3.1 Mathematical formulation of the algorithm .47 3.3.2 Algorithm flowchart 50 3.3.3 Case study 54 3.4 Summary 62 CHAPTER IV: OPTIMAL CHARGING ALGORITHM BASED ON RECEDING HORIZON FRAMEWORK 64 v 4.1 Chapter objectives 64 4.2 Mathematical formulation, control framework and algorithm flowchart .65 4.2.1 Objective function 65 4.2.2 Quadratic Programming with MATLAB 67 4.2.3 Receding horizon framework 68 4.2.4 Flowchart algorithm .71 4.3 Case study and simulation results 72 4.3.1 Charging station at university 74 4.3.2 Office charging station 87 4.3.3 Apartment charging station 93 4.3.4 Charging station at factory 99 4.4 Summary .106 CHAPTER V: REALTIME RESPONSES OF E2W CHARGING AND PRACTICAL VERIFICATION 108 5.1 Chapter objectives 108 5.2 Real-time charging/discharging simulation 108 5.3 Testing workbench set up .110 5.3.1 The technical scope of the test bench 110 5.3.2 Test bench design and operation 112 5.3.3 Test bench set up 114 5.3.4 Testing results 121 5.4 Summary 124 CONCLUSIONS 127 LIST OF PUBLICATIONS 129 REFERENCES 130 vi ABBREVIATIONS No Abbreviation English BESS Battery energy storage system DOD DSM Depth of discharge Demand side management DSO Distributed system operator 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 E2W EV EVCS EVG FIT G2V GHG HEV ICE OP PCC PDF PDP PEV PHEV PV Electric Two-wheeler Electric vehicle Electric vehicle charging station Electric vehicle group Feed-in-tariff Grid to vehicle Greenhouse gas Hybrid electric vehicle Internal combustion engine Optimization problem Point of common coupling Probability density function Power development plan Plug-in electric vehicle Plug-in hybrid electric vehicle Photovoltaic 21 QP Quadratic programming 22 RES Renewable energy source 23 SO System operator 24 25 26 27 28 SOC TOU UI V2G VIS State of charge Time of use User interface Vehicle to grid Vehicle information system Vietnamese Hệ thống tích trữ lượng ắc quy Mức xả sâu Quản lý nhu cầu điện Người vận hành hệ thống phân phối Xe điện hai bánh Xe điện Trạm sạc xe điện Nhóm xe điện Biểu giá FIT Lưới tới xe điện Khí nhà kính Xe điện lai Động đốt Bài toán tối ưu Điểm kết nối Hàm mật độ xác suất Quy hoạch điện Xe điện có cắm sạc Xe điện lai có cắm sạc Quang điện Quy hoạch tồn phương Nguồn tái tạo Người vận hành hệ thống Trạng thái sạc Thời điểm sử dụng Giao diện người dùng Xe điện tới lưới Hệ thống thông tin xe vii LIST OF TABLES Table 1.1 Classification of charging station problems 17 Table 2.1 PV panel specifications .27 Table 2.2 Voc = f (SOC, temp) 30 Table 2.3 Rchg = f (SOC, temp) 30 Table 2.4 Rdis = f (SOC, temp) 30 Table 3.1 The family of L-category vehicles 38 Table 3.2 E2W specifications 39 Table 3.3 System Information 55 Table 3.4 Load variance in four different scenarios 58 Table 4.1 Load variance in different scenarios 78 Table 4.2 Arrival/ departure time probability distribution parameters 80 Table 4.3 Load variance in different scenario 85 Table 4.4 Arrival/ departure time probability distribution parameters 87 Table 4.5 Load variance in different scenarios 92 Table 4.6 Arrival/ departure time probability distribution parameters 93 Table 4.7 Load variance in different scenarios 98 Table 4.8 Arrival/ departure time probability distribution parameters 99 Table 4.9 Load variance in different scenarios 104 Table 5.1 Cell specifications 115 Table 5.2 Battery pack specifications .116 Table 5.3 Micro grid tie inverter specifications 116 Table 5.4 Specifications of boost/buck converters 117 Table 5.5 Specifications of solar inverter and solar panel 118 Table 5.6 Other devices 120