Assessing the effect of controlled EV-charging on grid planning premises : evaluation based on power-hardware-in-the-loop simulation

To conserve the planet for future generations, greenhouse gas emissions, such as CO2, need to be reduced. Conventional vehicles, which work based on fossil fuels are one of the main contributors. With the aim of tackling this issue, countries are introducing new regulations to facilitate and boost widespread use of battery electric vehicles (EV). Growing penetration of EV into power system, if not manage efficiently, can pose a negative impact on the power system operation. This thesis explores different type of available EVs technologies and charging levels. The impacts of EV fleet on the power distribution system are discussed and then its effect on the transformer insulation aging analyzed in detail. This dissertation presents a comprehensive introduction to Real-time simulation fundamentals, its different forms and compare methods with each other’s. To better employ EV integration and manage their charging pattern, a priority-based charging method is introduced. Moreover, an in-depth study of power hardware in the loop simulation with the help of ePHASORsim of OPAL-RT technologies is offered. To explore the validity of proposed charging method and also to show its advantages compared to the other methods, uncontrolled charging and non-priority charging method, a pure software grid test simulation considering a specific transformer in Gießen, Germany is conducted. Then, an effort made to integrate the proposed algorithm into a control hardware in the loop simulation. Lastly, THM lab testbed is discussed in details and the algorithm implementation in the power hardware in the loop simulation is demonstrated.

Per preservare il pianeta per le generazioni future, è necessario ridurre le emissioni di gas a effetto serra, come la CO2. I veicoli convenzionali, che funzionano con combustibili fossili, sono tra i principali responsabili. Con l'obiettivo di affrontare questo problema, i Paesi stanno introducendo nuove normative per facilitare e incentivare l'uso diffuso dei veicoli elettrici a batteria (EV). La crescente penetrazione dei veicoli elettrici nel sistema elettrico, se non gestita in modo efficiente, può avere un impatto negativo sul funzionamento del sistema elettrico. Questa tesi esplora i diversi tipi di tecnologie e livelli di ricarica dei veicoli elettrici disponibili. Si discute l'impatto della flotta di veicoli elettrici sul sistema di distribuzione dell'energia e si analizza in dettaglio il suo effetto sull'invecchiamento dell'isolamento dei trasformatori. Questa tesi presenta inoltre introduzione completa alla simulazione in tempo reale, alle sue diverse forme e al confronto tra i vari metodi. Per sfruttare al meglio l'integrazione dei veicoli elettrici e gestire il loro modello di ricarica, viene introdotto un metodo di ricarica basato sulla priorità. Inoltre, viene offerto uno studio approfondito della simulazione dell'hardware in the loop con l'aiuto di ePHASORsim delle tecnologie OPAL-RT. Per esplorare la validità del metodo di ricarica proposto e per mostrarne i vantaggi rispetto agli altri metodi, quello della ricarica non controllata e quello della ricarica non prioritaria, è stata condotta una simulazione di test di rete con software puro, considerando un trasformatore specifico a Gießen, in Germania. In seguito, si cerca di integrare l'algoritmo proposto in una simulazione hardware di controllo in anello. Infine, viene discusso in dettaglio il banco di prova del laboratorio THM e viene dimostrata l'implementazione dell'algoritmo nella simulazione hardware in loop.