Case Study of Reactive Power Management via Electric Vehicle Batteries in Distribution Grids

Abstract

Durante la última década, los seres humanos nos hemos visto en la necesidad de encontrar nuevas formas factibles de hacer frente al futuro incremento de la demanda energética a la vez que reducimos las emisiones contaminantes a la atmósfera. Mundialmente, numerosos gobiernos están invirtiendo en el desarrollo de nuevas tecnologías y expertos en el sector aseguran que una posible solución al problema sería sustituir los automóviles de combustión interna por vehículos eléctricos (EVs). La energía almacenada en sus baterías y la potencial conexión de miles de ellos a la red podría influir notablemente en las tareas de gestión del sistema mediante la integración de potencia reactiva.

El objetivo del proyecto es analizar la integración de diversos escenarios de penetración de vehículos eléctricos en una red de distribución simulada de 22 nodos utilizando el programa Matlab. En cada escenario se ha estudiado la influencia de la ubicación de los vehículos en la red de acuerdo a la potencia reactiva inyectada y a los perfiles de tensión. Asimismo, se han evaluado las variaciones en los perfiles de tensión según los diversos porcentajes de inclusión de EVs para todos los intervalos a lo largo de un período de 24 horas de acuerdo al número de vehículos disponibles, su ubicación en la red y los patrones de carga. También se han considerado las variaciones horarias de la demanda residencial así como los porcentajes de estacionamiento de vehículos para analizar dos posibles escenarios de carga. Finalmente, se ha realizado un análisis económico para estudiar la viabilidad de reemplazar los bancos de condensadores en la red de distribución con EVs proporcionando soporte de potencia reactiva.

In the last few decades, humankind has been concerned with finding a feasible way of coping with the expected future increase in the demand for electricity, while reducing the emissions of pollutants to the atmosphere. Many governments are investing in the development of new technologies, and it is believed by many experts in the field that a potential solution for these problems is to replace the internal combustion engine automobiles with Electric Vehicles (EVs). The energy storage in their batteries and the potential connection of thousands of EVs to the distribution grid could greatly help with its operation while providing Vehicle-to-Grid (V2G) reactive power support.

The aim of this thesis is to analyze the inclusion of different scenarios of EV penetration to a simulated distribution grid with 22 nodes, using the computing program Matlab. In every scenario, the influence of the different locations of the EVs in the grid will be examined according to their reactive power support and the voltage profile regulation. Additionally, all daily timeframes will be evaluated regarding the influence of different EV penetration scenarios on the voltage profiles of the 22-bus distribution network according to the location of the EVs, the number of EVs available and their charging patterns. The existing residential load variations over a 24 hour cycle as well as realistic EV residential parking occupancy were taken into account when analyzing two different charging scenarios. Finally, an economic analysis of the feasibility of replacing the existing capacitor banks in the distribution networks with the available EVs providing V2G reactive power operations will be given.