Load balancing зарядних станцій: керування потужністю

Проблема: сумарна потужність зарядних станцій

Без керування потужністю кожну зарядну станцію треба живити так, ніби всі вони працюють одночасно на повну потужність. Уже за кількох точок виявляється, що резерву в приєднанні та розподільному щиті не вистачає, а єдиний шлях — збільшити потужність приєднання, з платою за приєднання, новим договором і часто багатомісячним очікуванням на оператора мережі.

Тим часом на практиці зарядні станції майже ніколи не працюють усі разом на повну потужність. Авто приїжджають у різний час, мають різний рівень заряду батареї, а багато з них заряджаються повільніше, ніж дозволяє станція. Резервування потужності «про всяк випадок» означає платити за приєднання, яке більшість часу простоює.

У чому полягає load balancing

Система отримує ліміт потужності для групи зарядних станцій і в реальному часі ділить його між активними сесіями. Коли заряджається одне авто, воно отримує повну потужність станції. Коли під’єднуються наступні, потужність розподіляється між ними, а сума ніколи не перевищує ліміту. Коли якесь авто завершить заряджання, звільнена потужність одразу переходить до решти.

• Статичний розподіл потужності — група зарядних станцій має фіксований ліміт, наприклад 44 кВт, визначений у проєкті. Просто й безпечно, але не використовує потужність, якої будівля в цей момент не потребує.
• Динамічний розподіл потужності (DLB) — система в реальному часі вимірює споживання всієї будівлі (ліфти, освітлення, кондиціонування, приміщення) і віддає зарядним станціям те, що залишається до ліміту приєднання. Уночі, коли будівля споживає мало, авто отримують більше; у пік — менше.

Приклад: 8 зарядних станцій на 44 кВт

Гараж має 8 зарядних станцій AC на 11 кВт, а проєкт передбачає для них разом 44 кВт. Без керування потужністю знадобилося б 88 кВт. З load balancing:

• 1–4 авто — кожне заряджається з повною потужністю 11 кВт.
• 6 авто — кожне отримує близько 7,3 кВт.
• 8 авто — кожне отримує 5,5 кВт. За 10 годин нічної стоянки це 55 кВт·год, тобто енергія на кілька сотень кілометрів — більше, ніж більшість водіїв витрачає за кілька днів.

Розрахунок ілюстративний: реальний ліміт потужності випливає з аналізу приєднання та електроустановки будівлі, а потужність заряджання залежить також від можливостей самого авто.

Чи сповільнюється заряджання?

За нічної стоянки в багатоквартирному будинку чи цілоденної біля офісу розподіл потужності зазвичай непомітний — авто однаково встигне зарядитися. Водій, який повертається ввечері з низьким рівнем заряду, зранку має повну або майже повну батарею, незалежно від того, скільки авто заряджалося поруч.

Натомість він має значення за коротких стоянок, наприклад на паркінгу торгового центру. Тоді варто запланувати вищий ліміт потужності або налаштувати пріоритети, щоб авто з короткою стоянкою отримували більше.

Пріоритети, розклади та фази

• Пріоритети — наприклад, авто автопарку, які зранку вирушають у рейс, можуть отримувати потужність раніше за приватні авто працівників.
• Розклади — заряджання в години, коли будівля споживає мало енергії або діє дешевший нічний тариф.
• Ліміти для груп — окремі ліміти для зон гаража, будинків у житловому комплексі чи зарядних станцій, що живляться від різних розподільних щитів.
• Балансування фаз — авто, що заряджаються однофазно, навантажують лише одну фазу; розподіл їх між різними фазами дає змогу краще використати приєднання.

Що для цього потрібно

• Зарядні станції з підтримкою керування потужністю — найкраще через відкритий протокол OCPP (протокол зв’язку зарядних станцій), який дає системі змогу дистанційно встановлювати потужність кожної сесії незалежно від виробника.
• За динамічного розподілу — вимірювання споживання будівлі, наприклад лічильник або трансформатори струму на вводі, з яких система зчитує поточне навантаження.
• Постійний зв’язок зарядних станцій із системою — також у підземному гаражі, наприклад через SIM-картку M2M.
• Безпечні аварійні налаштування — у разі втрати зв’язку зарядні станції мають переходити на низьку безпечну потужність за замовчуванням, а не працювати без ліміту.
• Проєкт установки — load balancing не замінює правильно підібраних кабелів і захисних апаратів. Ліміт потужності визначає проєктувальник на підставі оцінки установки.

Що отримує інвестор

• Більше точок на наявному приєднанні — без дорогого й тривалого збільшення потужності приєднання.
• Захист установки від перевантаження та спрацювання захисних апаратів у пік споживання будівлі.
• Поетапне розширення — нові зарядні станції додають до тієї самої групи, без перебудови живлення.
• Краще використання власної енергії — динамічний розподіл може враховувати виробництво фотоелектричної станції (PV) на даху.