Potential of Pev to Provide Ancillary Services in a Smart Grid Context - The Portuguese Case

Abstract

Tendo em consideração os desafios da sociedade moderna nas áreas da energia e do clima, tudo indica que a melhor abordagem para garantir geração sustentável de energia, num contexto de aumento da procura, passa pela adoção crescente de fontes renováveis de energia. Por outro lado, a mobilidade elétrica promete um novo paradigma para o setor dos transportes, através de soluções mais limpas e eficientes. No entanto, a geração renovável intermitente está a lançar alguns desafios na exploração dos sistemas elétricos, nomeadamente na previsão de geração, na estabilidade do sistema e na qualidade de serviço, exigindo o desenvolvimento de redes mais inteligentes e de cargas controláveis. A este nível, o processo de carregamento dos veículos plug-in, associado a estratégias de controlo ótimo, apresenta-se como um novo recurso potencial para o fornecimento de serviços de sistema, contribuindo assim para a acomodação, no sistema elétrico, de maiores percentagens de geração renovável. Este trabalho pretende contribuir para o desenvolvimento de um sistema de controlo, técnico/economicamente viável, para integração eficiente de veículos plug-in no sistema elétrico, aproveitando as sinergias entre ambos os sistemas. Neste sentido, é analisado o potencial dos veículos plug-in para contribuírem para regulação primária, regulação secundária e reserva de regulação no sistema elétrico Português, tendo em consideração o perfil de mobilidade pendular, em automóvel, em Portugal e os consumos típicos de um veículo plug-in. Por outro lado, de modo a identificar possíveis constrangimentos ao nível da rede de distribuição, que devem ser considerados no desenvolvimento do sistema de controlo, é analisado o impacto na qualidade de energia do carregamento de veículos plug-in, através de algumas monitorizações no terreno. Este trabalho mostra que um universo de 280 000 veículos plug-in tem potencial para fornecer uma banda de regulação secundária de 123 MW para regulação a subir e de 63 MW para regulação a descer, durante o período de carregamento noturno, caso sejam implementados os necessários mecanismos de controlo. Se a energia necessária, todas as noites, para carregamento dos veículos plug-in fosse utilizada para fornecer reserva de regulação a descer, estes veículos contribuiriam com uma percentagem entre 13% e 100% das necessidades de reserva de regulação mobilizada a descer, no sistema elétrico, durante a noite, nos dias úteis do mês janeiro de 2011 e com uma percentagem entre 38% e 100% das necessidades de reserva de regulação mobilizada a descer, durante a noite, nos dias úteis do mês de setembro de 2011. No que se refere à qualidade de energia, os resultados de monitorização apresentam correntes harmónicas de 3.ª ordem com cerca de 12% e umadistorção harmónica total da corrente entre 12% e 16%, que podem contribuir para aumentar a distorção harmónica das redes de distribuição pública em baixa tensão, apesar dos valores de correntes harmónicas registados se situarem significativamente abaixo dos limites definidos nas normas atuais.

Abstract Regarding challenges of modern society on energy and climate fields, the increasing adoption of renewable energy sources seems to be the best approach to achieve a sustainable energy generation in a framework of increasing demand. On the other hand, the electric mobility is promising a new paradigm towards a more efficient and clean transportation sector. However, the intermittent renewable generation is challenging the operation of electric power systems, namely in terms of generation forecasting, system stability and quality of service, requiring the development of smarter grids and controllable loads. At this level, the charging process of Plug-in Electric Vehicles (PEV), associated to optimum control strategies, represents a new potential resource to provide ancillary services, contributing to the accommodation of higher shares of renewable generation on the electric power system. This work aims to contribute to the development of a cost-effective control system for efficient integration of PEV in the electric power system, taking the synergies between them. Therefore, the potential of PEV to contribute to the primary regulation, secondary regulation and regulation reserve in the Portuguese power system is analysed, regarding the commute profile by car in Portugal and the typical demand of PEV. On the other hand, in order to identify possible distribution network constraints to be considered on the development of the control system, the impact of PEV charging on Power Quality (PQ) is also analysed based on some field measurements. This work shows that a universe of 280 000 PEV has potential to provide an average secondary regulation reserve of 123 MW for up-regulation and 63 MW for down-regulation, during the night-time charging period, if supported in a dedicated control system. On the other hand, if energy required by PEV every night was used to provide regulation reserve for down-regulation, PEV would contribute with a share between 13% and 100% of the required regulation reserves by the electric power system during weeknights of January 2011, and with a share between 38% and 100% of the required reserves in September 2011. Regarding PQ, the monitoring results show maximum 3rd harmonic currents around 12% and Total Harmonic Distortion (THDI) between 12% and 16%, which can contribute to increase the harmonic distortion in Low Voltage (LV) public distribution networks, despite recorded harmonic current emissions being significantly below the limits established by current standards.