Škugor, B.

Modeliranje i optimalno punjenje flote električnih dostavnih vozila

Doktorski rad, Fakultet strojarstva i brodogradnje, Sveučilište u Zagrebu, Hrvatska, 2016
Sa stanovišta elektroenergetske mreže, električna vozila (EV) predstavljaju prostorno-distribuirano baterijsko skladište električne energije, koje se u okviru naprednog punjenja EV može iskoristiti za razne primjene poput poravnanja opterećenja mreže. Kako bi se ispitala isplativost elektrifikacije ciljane flote vozila i njen utjecaj na električnu mrežu, potrebno je provesti optimiranje punjenja odgovarajuće flote EV primjenom prikladnih optimizacijskih postupaka temeljenih na preciznim i računalno-učinkovitim modelima flote EV, a što predstavlja glavni cilj ovog rada. U radu je predložen novi agregatni model flote EV koji je validiran u odnosu na precizniji, ali i računalno neučinkovitiji, distribuirani model. Pritom je optimiranje punjenja, za svaki od modela, provedeno korištenjem algoritma dinamičkog programiranja (DP), koji za opći nelinearni optimizacijski problem garantira globalno optimalne rezultate. Cilj optimiranja je minimizacija cijene električne energije koja se koristi za punjenje flote EV uz zadovoljenje ograničenja vezanih uz stanje napunjenosti (SoC) baterije te snagu punjenja. Osim jednorazinskog DP optimiranja punjenja, predloženo je i dvorazinsko optimiranje gdje se jednorazinsko DP optimiranje proširuje nadređenom razinom na kojoj se korištenjem genetskog algoritma dodatno optimira maksimalna snaga punjača te vrijednost SoC-a na početku svakog voznog ciklusa s ciljem minimizacije operativnih troškova flote EV. U svrhu parametriranja i validiranja predloženog agregatnog modela flote EV, postavljen je model električnog vozila s proširenim dometom (EREV) te predložena pripadna upravljačka strategija pogona. Upravljačka strategija EREV pogona temelji se na regulatoru zasnovanom na bazi pravila (RB) koji se kombinira sa strategijom minimizacije ekvivalentne potrošnje goriva (ECMS). Pritom se održivost SoC-a baterije postiže SoC regulatorom koji je sadržan u RB regulatoru, dok se ECMS-om postiže optimalnost radnih točaka motora s unutarnjim izgaranjem. Predložena upravljačka strategija ispitana je simulacijski, te usporedbom rezultata simulacija s globalno optimalnim rezultatima dobivenima DP optimiranjem upravljačkih varijabli pogona za različite vozne cikluse. Također su pribavljeni i analizirani podaci o voznim ciklusima konkretne flote dostavnih vozila i o energetskom sustavu pripadnog distributivnog centra. Za potrebe parametriranja modela flote, provedene su simulacije razvijenog EREV modela preko snimljenih voznih ciklusa te preko sintetičkih voznih ciklusa koji statistički vjerno reprezentiraju polazni skup snimljenih voznih ciklusa. Konačno, na temelju razvijenih alata provedena je pilot studija vezana uz ispitivanje mogućnosti elektrifikacije spomenute flote dostavnih vozila za različite scenarije udjela obnovljivih izvora energije i vremenske razdiobe cijene električne energije.