Estacions de recàrrega per vehicle elèctric.

Des dels darrers deu anys, el nombre de vehicles elèctrics (EV) ha augmentat significativament. Això es deu a la nova tecnologia avançada especialment en el disseny de motors elèctrics i també en les polítiques governamentals per reduir el nombre  de motor de combustió que estan produint petjada de carboni a l'atmosfera. 

Com a conseqüència, cada cop, més i més països de tot el món, com ara el Regne Unit, han pres la iniciativa de reduir la dependència de l’ús de vehicles amb motors de combustió interna per combatre aquest problema. A causa dels motius esmentats anteriorment, l'EV es convertirà aviat en l’enfocament principal en els canvis en el transport. A més, la majoria dels aspectes dels VE, com ara la càrrega / descàrrega de la bateria, la gestió de l'energia de la bateria per conduir el motor elèctric o viceversa, els conceptes de Vehicle to Grid (V2G) o Grid to Vehicle (G2V) són ben estudiats pels investigadors de tot el món. Tanmateix, s'ha dedicat menys atenció als problemes relacionats amb les estacions de càrrega.

Font: Factordaily.com

Com és conegut, l’estació de càrrega EV consisteix només en una topologia del convertidor de potència. A continuació, es connecta a la xarxa elèctrica existent mitjançant un rectificador i un convertidor de CC per transferir l'energia entre el EV a la xarxa elèctrica existent o viceversa, però sempre pot romandre l'estabilitat dels processos. A tall d’exemple, quan el EV es connecta a l’estació de càrrega, el comportament de l’estació de càrrega canviarà en funció de l’operació del convertidor, ja sigui en mode de rectificació o inversor al EV. Per tant, el EV veu el convertidor de potència com a font d’entrada no lineal durant el mode de rectificació. Mentrestant, la bateria EV contribuirà activament a la variació de freqüència / alteració del sistema de xarxa elèctrica si no es controla. 

En aquest cas, si la xarxa està perturbada contínuament, els fluxos d’energia entre la xarxa i la bateria no poden ser consistents per proporcionar una condició de càrrega ràpida per al EV. Aquest problema no només afecta els fluxos d’energia, sinó que també redueix el factor de potència i la freqüència de la xarxa disponible de la xarxa. Per tant, és important que el EV es comporti com un control de freqüència primària contínua al costat de la xarxa que no interromprà l’estabilitat de la xarxa.

Font: Google

Mentrestant, com es veu des de la perspectiva EV,  també és essencial la capacitat de donar una alta resposta a l'estat de càrrega (SOC) de la bateria. No obstant això, ara cal tenir en compte una consideració per a qualsevol injecció harmònica deguda a la impedància de línia a la manera de rectificació de la bateria EV. 

Aquest problema no només afecta els fluxos d’energia, sinó que també redueix el factor de potència i la freqüència de la xarxa. Per tant, és important que el EV es comporti com un control de freqüència primària contínua al costat de la xarxa que no interromprà l’estabilitat d'aquesta.

Per exemple, una estació de càrrega EV no crea un problema significatiu, però quan es connecten centenars d’estacions de càrrega al mateix punt d’acoblament comú (PCC), es crea un problema important. Aquí sorgirà un gran problema per l’estabilitat de la xarxa gràcies a la fluctuació de freqüència i també a la reducció del factor de potència al PCC. Per tant, és necessari assegurar-se que l'estació de càrrega EV pot minimitzar aquests impactes a la xarxa elèctrica proporcionant un factor de potència d'alta qualitat, amb una restauració de freqüència flexible i mentre, es pugui carregar la bateria del EV en molt poc temps. Diversos investigadors han suggerit utilitzar convertidors de potència en dues etapes o controladors de dues etapes. 

Els convertidors de potència de dues etapes es fabriquen combinant el convertidor (rectificador) amb un convertidor de CC abans de connectar-se al EV per mantenir el SOC de la bateria durant la càrrega, mantenint la tensió per a la qualitat de la xarxa elèctrica. També pot millorar el cicle de vida de la bateria abans de ser saturada. A més, aquesta configuració necessita controladors de doble bucle per als convertidors per rectificador: 

Font: Fmcable.com

1.- Ha de mantenir la tensió d’enllaç de CC a l’entrada del convertidor de CC utilitzant el control de bucle de tensió exterior i 

2.- Ha de tenir un control de flux de corrent com a control de bucle interior per mantenir el factor de potència al nivell de la xarxa elèctrica.

 A causa de la complexitat dels controladors que han de mantenir el guany d’estabilitat i el circuit de dos convertidors alhora. La millor solució és utilitzar només un convertidor de potència i un bucle de control on ha de ser capaç de mantenir la càrrega i la tensió al EV a un ritme constant i al mateix temps controlar la qualitat del corrent de la xarxa. 

La idea és implementar la formulació de control del convertidor sincrònic de motor proposada en qualsevol control de tensió amb una solució de qualitat de potència i una restauració de freqüència,  més ràpida. Mitjançant l’aplicació d’aquesta idea, es preveu que la font d’energia elèctrica i la xarxa elèctrica es beneficiaran d’una potencia de bona qualitat, mentre que al mateix temps el motor elèctric serà el principal driver de la pròxima generació d’energia al sistema elèctric per al futur. 

Font: IEEE SmatGrids