Micro-réseau DC dédié aux infrastructures de recharge pour véhicules électriques ou hybrides

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1 GT CSE Inter GDR MACS/SEEDS GIPSA-lab Grenoble, 5-6 octobre 215 Micro-réseau DC dédié aux infrastructures de recharge pour véhicules électriques ou hybrides Manuela Sechilariu, Fabrice Locment AVENUES EA 7284 Sorbonne Universités, Université de Technologie de Compiègne, France

2 GT CSE Inter GDR MACS/SEEDS GIPSA-lab Grenoble, 5-6 octobre 215 Plan d exposé 1. Contexte et motivation 2. Micro-réseau DC dédié à la recharge des véhicules électriques ou hybrides (PEVs) 2.1 Modélisation de la source photovoltaïque (PVA) 2.2 Modélisation de la recharge des PEVs 2.3 Modélisation du micro-réseau DC 3. Résultats en simulation 4. Conclusion et perspectives 2

3 GT CSE Inter GDR MACS/SEEDS GIPSA-lab Grenoble, 5-6 octobre Contexte et motivation - Préoccupations majeures en zones urbaines - transition vers un transport à faible émission de carbone - construction des infrastructures pour le chargement des véhicules électriques (PEVs) - PEVs augmentent la puissance demandée incidents techniques - GES : émission indirecte dépendante du mix énergétique - Spinning reserve composée principalement de centrales à combustibles fossiles - Projets émergeants - Réseau électrique intelligent et micro-réseaux - Augmentation des PEVs en circulation - Micro-réseau local : stockage, photovoltaïque, réseau 3

4 GT CSE Inter GDR MACS/SEEDS GIPSA-lab Grenoble, 5-6 octobre Micro-réseau DC pour recharger PEVs - Présentation générale du système - Micro-réseau DC connecté au réseau et intégré au parking Centre d innovation de l Université de Technologie de Compiègne DC bus C PVA Storage PEVs Public grid - 56 panneaux PV (SILLIA 6M25), 18m² - 14kW (STC), maximum voltage 1kV (2 branches en parallèle avec 28 panneaux en série par branche) - stockage électrochimique : 35 batteries 12V/23A en série 42V/23Ah - production d électricité pour autoconsommation - connexion au réseau public pour secours ou vente d un excès de production 4

5 GT CSE Inter GDR MACS/SEEDS GIPSA-lab Grenoble, 5-6 octobre Micro-réseau DC pour recharger PEVs - Description du système électrique - Batterie PEV avec accès direct DC PVA PEVs i ' L PEVs f PEVs PEVs i PEVs i LPEVs L PEVs v PEVs C PEVs v' PEVs -Pas besoin de stabiliser la tension du bus DC -Contrôle simplifié -Puissance DC utilisée -Tension bus DC environ 1V Public grid Storage i STO L STO f STO i' STO v PVA i PVA i ' C f A f B f C u ' AC u ' BC ia ib i C L L L 23/4V, 5Hz Public grid u AC u BC Storage v STO v' STO PVA v ' A v ' B v ' C 5

6 (kw and A) GT CSE Inter GDR MACS/SEEDS GIPSA-lab Grenoble, 5-6 octobre Modélisation PVA - PVA source de puissance - fournie i PVA quand v PVA est imposée - MPPT Perturb&Observe (P&O) - v PVA imposée par P&O - p PVA = v PVA i PVA Puissance et courant sous 1W/m² et pour différentes températures de cellule PV p PVA (55 C) p PVA (45 C) p PVA (35 C) p PVA (25 C) i PVA (55 C) i PVA (45 C) i PVA (35 C) i PVA (25 C) v (V) PVA 6

7 (kw and %) GT CSE Inter GDR MACS/SEEDS GIPSA-lab Grenoble, 5-6 octobre Modélisation de la recharge PEVs - Batterie Li-ion LiFePO4 (A123) - 3,6V/cellule - procédure de charge - CC/CV - système de gestion de batterie (BMS intégré) - pour un seul PEV - 28 branches en parallèle - 12 cellules en série par branche - 24kWh énergie stockée 1 Profil batterie CC/CV proportionnel à un profil d une cellule enregistré expérimentalement Puissance et état de charge de la batterie (SOC) Fast = 3 minutes Average =1h3 Slow = 4h p PEV for "fast" mode SOC for "fast" mode p PEV for "average" mode SOC for "average" mode p PEV for "slow" mode SOC for "slow" mode Time (s) 7

8 p PEVs (kw) GT CSE Inter GDR MACS/SEEDS GIPSA-lab Grenoble, 5-6 octobre Modélisation de la recharge PEVs - Hypothèses de recharge - 15 PEVs simultanément - PEV commence à SOC PEV = - 15 PEVs restent pour une recharge entière avec la procédure CC/CV - Puissance cumulée - p PEVs = v PEVs i PEVs Vehicles 13, 14 and 15 Vehicles 1, 11 and 12 Vehicles 7, 8 and 9 Vehicles 4, 5 and 6 Vehicles 1, 2 and (average) (fast) (slow) (average) (slow) 9h 1h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h 8

9 GT CSE Inter GDR MACS/SEEDS GIPSA-lab Grenoble, 5-6 octobre Modélisation du micro-réseau DC - Équilibre des puissances - pertes négligeables (L, C, câbles, convertisseurs) PVA ppg psto ppva ppevs vpva C dt - Puissance d ajustement p* p * p * PG STO - Coefficient de distribution p * K p* with K [,1] STO p * 1 K p* PG - Algorithme de contrôle en temps réel - basé sur des règles de fonctionnement dv DC bus C PVA PEVs Storage Public grid (STO) (PG) 9

10 Solar irradiance (W/m 2 ) Temperature of cells ( C) (kw) (kw) SOC (%) K GT CSE Inter GDR MACS/SEEDS GIPSA-lab Grenoble, 5-6 octobre Simulation cas 1 - Date : 2 juin 214 Compiègne - irradiation solaire réelle - température des cellules PV réelle - Valeurs numériques : - SOC STO : 2%-8% - pas de calcul 5kHz - Système sans contraintes - PVA sous contrôle MPPT - Δp = p PVA p PEVs h 1h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h p PVA p PEVs p -3 9h 1h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h h 1h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h -2 p STO p PG -3 9h 1h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h 1

11 Solar irradiance i (W/m 2 STO (A) ) Temperature of cells ( C) (kw) (kw) SOC (%) K GT CSE Inter GDR MACS/SEEDS GIPSA-lab Grenoble, 5-6 octobre Simulation cas 1 - Date : 2 juin 214 Compiègne - irradiation solaire réelle - température des cellules PV réelle - Valeurs numériques : - SOC STO : 2%-8% - pas de calcul 5kHz - Système sans contraintes - PVA sous contrôle MPPT - Δp = p PVA p PEVs h 1h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h p PVA p PEVs p -3 9h 1h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h h 1h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h -2 p STO p PG -3 9h 1h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h 11

12 i STO (A) (kw) (kw) SOC (%) K GT CSE Inter GDR MACS/SEEDS GIPSA-lab Grenoble, 5-6 octobre Simulation cas 2 - Date : 2 juin 214 Compiègne - Stockage : limitation en courant - i STO_max =115 A (anti-vieillissement) - Réseau : limitation en puissance pour mode injection - P G_injection max =8kW (protection réseau) - 12:3-13: et 16:3-17:3 - PVA : contrôle en puissance limitée - Δp = p PVA p PEVs et < K < h 1h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h -1-2 p PVA p PEVs p -3 9h 1h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h A 115 A kw h 1h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h -2 p STO p PG -3 9h 1h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h 12

13 GT CSE Inter GDR MACS/SEEDS GIPSA-lab Grenoble, 5-6 octobre Conclusion et perspectives - Micro-réseau DC dédié à la recharge des PEVs - projet pour 216 (Centre d Innovation UTC, Campus RTI Lille) - objectif : maximiser l efficacité de la production PV - couplage direct sans convertisseur - autoconsommation - Simulation numérique - validation de la conception du contrôle du micro-réseau DC - pour 15 PEVs avec différents types de recharge (rapide, moyenne, lente) - Travaux futurs Obtenir le coefficient K suivant une optimisation des coûts énergétiques sous contraintes données par PVA, PEVs modes de charge et réseau public (limites imposées, tarification dynamique, ) impact pour cas avec plus de 15 PEVs, changement dynamique des modes de charge V2G (PEVs to grid), rajouter une charge DC (installations pour bâtiment), V2L (PEVs to DC load) 13

14 GT CSE Inter GDR MACS/SEEDS GIPSA-lab Grenoble, 5-6 octobre 215 Merci pour votre attention