Modelo de precificação dinâmico para carregamento de veículos elétricos em estações de recarga rápida considerando previsões de operação e aspectos de mobilidade regional
Ano de defesa: | 2023 |
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Autor(a) principal: | |
Orientador(a): | |
Banca de defesa: | |
Tipo de documento: | Tese |
Tipo de acesso: | Acesso aberto |
Idioma: | por |
Instituição de defesa: |
Universidade Federal de Santa Maria
Brasil Engenharia Elétrica UFSM Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica Centro de Tecnologia |
Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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Departamento: |
Não Informado pela instituição
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País: |
Não Informado pela instituição
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Palavras-chave em Português: | |
Link de acesso: | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/34346 |
Resumo: | Currently, the Electrical Vehicle (EV) market is in expansion. It occurs mainly due to government incentives for reducing greenhouse emissions and foreign energy independence. The growing perspectives from the EV market have been updated concerning the EV global cost reduction, boosted by battery cost decrease, range indexes increase, and the development of charging infrastructures. Thus, the charging events behavior discussions must be improved due to their relative impact on the system load curves, mainly influenced by the residential charging events. Another relevant aspect is the intercity charging infrastructure. However, due to the disruptive technology aspect, it needs to be better explored. For this charging concept, the path distance is sometimes more significant than the EV range, and the EV user must stop and recharge during the trip. Two main factors impact charging events along the roads and highways: the anxiety range of the user related to the EV state-of-charge and the charging time and cost. In this form, fast-charging station alternatives (higher than 50kW) are essential, reducing charging times' influence on the total travel time. This doctoral thesis aims to develop a dynamic price model for fast-charging stations composed of charger units and local integrations with battery energy storage systems and distributed generation in a Microgrid model. Then, the space-temporal traffic flow model developed estimates the fast-charging station operation and the respective load curves based on EV user behavior projections obtained using Monte Carlo Simulations. These outputs, combined with distributed generation forecasting, become inputs of a proposed Stochastic Mixed Integer Linear Programming to return the daily optimized operating costs and the storage system management. Finally, the relationship between operation and fixed costs with the local grid prices results in a charging hourly price model for the next 24 hours, focusing on the equilibrium between station profit and consumer impact, incentives to charging events distribution along the day, and queue reduction. The case study results show the viability of the model and discussions about the influence of factors like placing and sizing, EV user and charging station owner decisions on the calculated charging prices. |
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Modelo de precificação dinâmico para carregamento de veículos elétricos em estações de recarga rápida considerando previsões de operação e aspectos de mobilidade regionalDynamic price model applied to ev fast charging stations considering operational forecasting and regional mobility aspectsVeículos elétricosEstações de recarga rápidaModelo espaço-temporalPrecificação de recargaOtimização estocásticaMicrogridsElectrical vehiclesFast-charging stationsSpatial and temporal modelMicrogridsCharging priceStochastic optimizationCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICACurrently, the Electrical Vehicle (EV) market is in expansion. It occurs mainly due to government incentives for reducing greenhouse emissions and foreign energy independence. The growing perspectives from the EV market have been updated concerning the EV global cost reduction, boosted by battery cost decrease, range indexes increase, and the development of charging infrastructures. Thus, the charging events behavior discussions must be improved due to their relative impact on the system load curves, mainly influenced by the residential charging events. Another relevant aspect is the intercity charging infrastructure. However, due to the disruptive technology aspect, it needs to be better explored. For this charging concept, the path distance is sometimes more significant than the EV range, and the EV user must stop and recharge during the trip. Two main factors impact charging events along the roads and highways: the anxiety range of the user related to the EV state-of-charge and the charging time and cost. In this form, fast-charging station alternatives (higher than 50kW) are essential, reducing charging times' influence on the total travel time. This doctoral thesis aims to develop a dynamic price model for fast-charging stations composed of charger units and local integrations with battery energy storage systems and distributed generation in a Microgrid model. Then, the space-temporal traffic flow model developed estimates the fast-charging station operation and the respective load curves based on EV user behavior projections obtained using Monte Carlo Simulations. These outputs, combined with distributed generation forecasting, become inputs of a proposed Stochastic Mixed Integer Linear Programming to return the daily optimized operating costs and the storage system management. Finally, the relationship between operation and fixed costs with the local grid prices results in a charging hourly price model for the next 24 hours, focusing on the equilibrium between station profit and consumer impact, incentives to charging events distribution along the day, and queue reduction. The case study results show the viability of the model and discussions about the influence of factors like placing and sizing, EV user and charging station owner decisions on the calculated charging prices.Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia - Geração Distribuída, INCT-GD, BrasilCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESPrograma P&D ANEELPetrobras e CEEE-D/EquatorialO estado atual do mercado de Veículos Elétricos (VE), vem ampliando as perspectivas dada a redução dos custos globais de aquisição, principalmente devido aos custos das baterias, melhora dos índices de autonomia, e avanços na infraestrutura de carregamento. Assim, questões relativas à recarga de VEs no ambiente urbano vêm sendo debatidas, pelo fato que há um acréscimo substancial nos padrões das curvas de carga, influenciados pelo carregamento residencial. Um aspecto, ainda, pouco explorado diz respeito à infraestrutura de carregamento interurbano. Nesse patamar, cuja distância de deslocamento, muitas vezes, é superior a autonomia dos VEs, são necessárias paradas para recarga das baterias. Portanto, o desenvolvimento de infraestruturas de recarga rápidas, eficientes e com custos acessíveis, revelam-se de fundamental importância para promover a difusão da mobilidade elétrica. Surgem, então, duas precauções de notária relevância: a influência da taxa de ansiedade do condutor, em relação ao estado de carga atual, e os tempos e custos de recarga. Nesse contexto, alternativas de recarga rápida são fundamentais, onde pontos de carregamento, com potência de recarga iguais ou maiores a 50kW, podem suprir as necessidades, em períodos inferiores a 30 minutos. Visando o tratamento operacional do problema de infraestruturas interurbanos, o objetivo dessa tese de doutorado é apresentar um modelo de precificação dinâmico para estações de recarga rápida, composta de infraestrutura de carregadores, e possibilitando a integração com armazenamento estático e geração distribuída, que venham a compor uma Microgrid. Para tanto, um modelo espaço-temporal de projeção de fluxo de tráfego de VEs foi desenvolvido a fim de se estimar as curvas de carga diárias da estação, com base em projeções de parâmetros de comportamento de usuário, usando Simulações de Monte Carlo. Em conjunto com resultados de geração distribuída, um modelo em PLIM estocástico retorna os custos de operação diários otimizados, e o gerenciamento do armazenamento estático. Após, a relação global de custos de operação e manutenção do empreendimento, bem como a relação com a perspectiva tarifária local, implementada pela concessionária, resultam em um modelo de definição dos preços horários de carregamento de veículos elétricos para o próximo dia operacional, considerando os resultados financeiros ao detentor da estação e modicidade tarifária ao consumidor, e o incentivo a distribuição das recargas ao longo do dia e redução de filas de espera. Os resultados de estudo de caso validam a modelagem proposta e demonstram as influências de fatores como o dimensionamento e localização, e tomada de decisão do usuário e proprietário sobre os preços de recarga estabelecidos.Universidade Federal de Santa MariaBrasilEngenharia ElétricaUFSMPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaCentro de TecnologiaAbaide, Alzenira da Rosahttp://lattes.cnpq.br/2427825596072142Santos, Laura Lisiane Callai dosGarcia, Vinícius JacquesKaehler, José Wagner MacielSantos, Moisés MachadoSilva, Leonardo Nogueira Fontoura da2025-02-28T11:34:25Z2025-02-28T11:34:25Z2023-01-06info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/34346porAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2025-02-28T11:34:26Zoai:repositorio.ufsm.br:1/34346Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2025-02-28T11:34:26Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false |
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