Analysis and simulation of Grid-to-Vehicle (G2V) and Vehicle-to-Grid (V2G) systems

Abstract

Nowadays the climate change caused by transport is a major problem for our society. Electric vehicles (EVs), can be a sustainable alternative to internal combustion engine vehicles, because using them creates an opportunity to reduce greenhouse gas emissions.

The aim with this paper is to investigate the impact of EVs on load profiles and load variations. Moreover, in this paper will be discussed the different types of charging so as to offer the maximum flexibility in the system. The different types of charging are: uncontrolled charging (UCC), which is related to stochastic individual car travel behavior, individual charging strategies (ICS) and external charging strategies (ECS). Analysis focuses also on charging in different type days; variation in load profiles between typical working days and weekends are expected.

Τhere are two types of systems that support the usage of EVs: the systems that only allow EV charging and they are referred to as grid-to-vehicle (G2V) systems and the systems that additionally use EVs as active storage units allowing them to discharge back into the grid, these are the vehicle-to-grid (V2G) systems. In this thesis, for the G2V system, the user can choose between slow, fast and very fast charging depending on his/her time and money constraints. On the contrary, the V2G system enables the user to sell energy back to the grid which in some cases can be a profitable strategy for the user.

Our study was based on Matlab simulations.

Load profiles for different week days
Περίληψη

Στις μέρες μας, η κλιματική αλλαγή που προκαλείται από την εκπομπή ρύπων από τα οχήματα, αποτελεί μείζον πρόβλημα. Τα ηλεκτρικά οχήματα προτείνονται σαν μια εναλλακτική λύση σε σχέση με τα οχήματα με κινητήρα εσωτερικής καύσης, καθώς μειώνουν την εκπομπή αερίων του θερμοκηπίου.

Ο στόχος της εργασίας αυτής είναι η διερεύνηση των επιπτώσεων της χρήσης των ηλεκτρικών οχημάτων στο ηλεκτρικό δίκτυο. Επιπλέον, γίνεται ανάλυση των διαφορετικών ειδών φόρτισης (μη ελεγχόμενη φόρτιση, αυτόνομη στρατηγική φόρτισης και εξωτερική στρατηγική φόρτισης), έτσι ώστε να πετύχουμε τη μέγιστη ευελιξία στο σύστημα. Επιπρόσθετα, μελετάται η φόρτιση σε σχέση με την ημέρα της εβδομάδας. Για παράδειγμα, το προφίλ φόρτισης ενός ηλεκτρικού οχήματος αναμένεται να είναι διαφορετικό τα Σαββατοκύριακα και τις αργίες σε σχέση με μια οποιαδήποτε τυπική εργάσιμη ημέρα.

Στη μελέτη μας λαμβάνονται υπόψη δύο συστήματα: τα συστήματα grid-to-vehicle (G2V) στα οποία ενέργεια μεταφέρεται από το δίκτυο στο όχημα στα πλαίσια της διαδικασίας φόρτισης και τα συστήματα vehicle-to-grid (V2G) στα οποία ενέργεια μεταφέρεται από το όχημα στο δίκτυο στα πλαίσια της ελεγχόμενης εκφόρτισης. Για το G2V σύστημα πρέπει να σημειωθεί πως κατά τη διάρκεια της φόρτισης, ο χρήστης μπορεί να επιλέξει αργή, γρήγορη ή πολύ γρήγορη φόρτιση αναλόγως με το χρόνο και τα χρήματα που είναι διατεθημένος να διαθέσει, προκειμένου να φορτίσει γρήγορα το όχημά του. Αντίθετα, το V2G σύστημα δίνει τη δυνατότητα στο χρήστη να παρέχει ενέργεια στο δίκτυο και έτσι να επωφελείται χρηματικά. Επίσης, η ενέργεια μπορεί να προσφερθεί και στις ανάγκες του σπιτιού (V2Η) κι όχι μόνο στο δίκτυο.

Όλη η μελέτη στηρίχθηκε σε προσομοιώσεις για τις οποία χρησιμοποιήθηκε Matlab.

Date: 21-Jul-2020

Students: Elisavet Koutsi – Sotirios Deligiannis

Supervisors: Georgia AthanasiadouGeorge Tsoulos