Какво е управлението на натоварването (Load Management) при зареждане на електромобили?

Когато искате да зареждате няколко електромобила едновременно, това, което често не стига, не е зарядното устройство, а електрическият капацитет на сградата. Мощността на присъединяване на жилищна сграда, работно място или паркинг на търговски център е ограничена; ако всички зарядни устройства работят едновременно на пълна мощност, главният предпазител изключва или трансформаторът се претоварва. Точно този проблем решава управлението на натоварването (load management).

Какво е управление на натоварването (load management)?

Управлението на натоварването е метод за контрол, който интелигентно разпределя мощността между няколко зарядни устройства, без да се надвишава наличният електрически капацитет на обекта. Системата непрекъснато следи общата консумирана мощност и я балансира, като увеличава или намалява тока (в ампери), подаван от зарядните устройства. Така, дори когато броят на автомобилите, които се зареждат едновременно, расте, общата консумация остава в безопасните граници на обекта.

Накратко, управлението на натоварването е „разпределяне на мощността“. Когато се зарежда само един автомобил, той може да получи повече мощност; когато към същата линия се включат втори и трети автомобил, системата автоматично разпределя мощността между тях. Нито един автомобил не тегли толкова голямо натоварване, че да застраши мрежата.

Защо е необходимо? Връзката между мощност (kW) и капацитет

kW изразява мощността, т.е. скоростта на зареждане; kWh е количеството енергия, предадено на автомобила. Мощността на присъединяване на един обект също е ограничена и се измерва в kW (или kVA). Например дори една-единствена AC стенна зарядна станция от 22 kW може да използва значителна част от наличния капацитет на малка сграда.

Когато се монтират няколко зарядни точки, сметката бързо се усложнява. Ако пет стенни зарядни станции от 22 kW работят едновременно на пълна мощност, се получава потребление от 110 kW. Мощността на присъединяване на повечето жилищни сгради и малки фирми не може да поеме това. Без управление на натоварването единственото решение би било скъпо увеличаване на мощността на присъединяване или инвестиция в трансформатор. Благодарение на интелигентното разпределение съществуващата инфраструктура се запазва.

• Предотвратява изключването на главния предпазител и прекъсванията на електрозахранването.
• Намалява нуждата от скъпо увеличаване на мощността на присъединяване или инвестиция в трансформатор.
• Позволява монтирането на повече зарядни точки със същата инфраструктура.
• Осигурява безопасно и балансирано зареждане на всички автомобили.
• Предотвратява допълнителните разходи за електроенергия при превишаване на договорената мощност.

Какво е статично балансиране на натоварването?

Статичното балансиране на натоварването е метод, при който общата мощност, отделена за зарядните устройства, е ограничена с фиксиран (предварително зададен) таван. Например за инсталацията се задава бюджет от 40 kW; системата разпределя тези 40 kW между свързаните автомобили и никога не надвишава тази граница.

При този подход зарядните устройства не знаят колко мощност консумира останалата част от сградата (асансьори, осветление, климатици и др.). Бюджетът за зареждане се определя безопасно и ниско, като се приема моментът, в който другите товари на сградата са най-големи. Статичното балансиране на натоварването се инсталира лесно и не изисква допълнителен електромер; но тъй като не може да използва свободния капацитет в мрежата, ефективността му е ограничена.

Какво е динамично балансиране на натоварването?

Динамичното балансиране на натоварването е по-усъвършенстван метод, който чрез токов/енергиен измервателен уред (интелигентен електромер), поставен на главния вход на обекта, непрекъснато отчита реалната моментна консумация на сградата и в реално време насочва оставащия свободен капацитет към зарядните устройства.

Например през деня, докато на работното място работят климатици и машини, за зареждане се отделя малко мощност; вечер, когато товарите намалеят, към същите зарядни точки се отваря много повече мощност. Когато общата консумация се доближи до границата на присъединяване, системата автоматично намалява зарядния ток, а когато капацитетът се освободи, отново го увеличава. Така съществуващата инфраструктура се използва по най-ефективния начин както за сградата, така и за автомобилите.

Статичното балансиране отделя фиксиран бюджет за зареждане; динамичното балансиране отчита моментната консумация на сградата и разпределя оставащия свободен капацитет за зареждане в реално време.

Какво е балансиране на фазите (phase balancing)?

В Турция повечето корпоративни и големи обекти се захранват по три фази (трифазно). Част от автомобилите и зарядните устройства теглят мощност от една фаза (монофазно), а други използват и трите фази едновременно. Ако зарядните товари се разпределят неравномерно между фазите, една фаза може да се претовари, докато другите остават ненатоварени; това води до изключване на предпазители и неефективно използване на капацитета.

Балансирането на фазите разпределя зарядния товар възможно най-равномерно между трите фази и не позволява претоварване на нито една фаза. Интелигентните системи за управление на натоварването оптимизират разпределението, като отчитат кой автомобил от коя фаза тегли, и помагат за максимално използване на наличния капацитет.

Ролята на OCPP и CSMS в управлението на натоварването

При инсталации с много устройства управлението на натоварването се нуждае от централен „мозък“. OCPP (Open Charge Point Protocol) е отворен комуникационен стандарт между зарядните устройства и централния софтуер за управление (CSMS). CSMS вижда състоянието на всички станции, задава ограниченията на тока и изпраща командите за разпределяне на мощността между устройствата.

Така устройствата, съвместими с OCPP, могат да се наблюдават дистанционно, да се групират и да се управляват с интелигентни профили на зареждане. Администраторът може централно да настрои сценарии като приоритетно зареждане по нощната тарифа, намаляване на мощността в определени часове или различни ограничения за групи автомобили. Моделите на Bemis, съвместими с OCPP, са проектирани за подобни сценарии на дистанционно и интелигентно управление.

Локално и облачно управление на натоварването

Управлението на натоварването може да работи на две нива. При локалното управление устройствата комуникират помежду си в мрежата на обекта и разпределят мощността; балансирането продължава дори при прекъсване на интернета. При управлението през облака/CSMS централният софтуер поема по-широки функции като фактуриране, отчети и дистанционен контрол. Надеждните инсталации обикновено използват двете нива заедно.

Примерен сценарий: много автомобили при ограничена мощност на присъединяване

На паркинга на жилищна сграда трябва да се монтират 6 стенни зарядни станции по 11 kW, но бюджетът за мощност, който сградата може да отдели за зареждане, е само 33 kW. Без управление на натоварването, ако 6-те устройства работят едновременно на пълна мощност, ще се получи потребление от 66 kW и капацитетът на сградата ще бъде надвишен двойно; това не е възможно.

С динамично управление на натоварването сценарият изглежда така: ако късно през нощта е включен само 1 автомобил, той може да получи почти пълните 11 kW. Когато едновременно се включат 3 автомобила, 33 kW се разделят на три и всеки получава около 11 kW. Ако се включат 6 автомобила наведнъж, системата отваря средно около 5,5 kW за всеки; автомобилите се зареждат малко по-бавно, но всички безопасно и едновременно. Границата от 33 kW не се надвишава в нито един момент. Когато автомобилите завършат зареждането и тръгнат, освободеният капацитет автоматично се прехвърля към автомобилите, които още се зареждат.

Кои инсталации изискват управление на натоварването?

• Паркинги на жилищни сгради и комплекси: места, където много апартаменти споделят ограничено общо присъединяване.
• Паркинги на работни места и офиси: инсталации, при които автомобилите на служителите се зареждат заедно през деня.
• Търговски центрове, хотели и търговски паркинги: зони с интензивен трафик и променливо търсене.
• Центрове за зареждане на автопаркове: депа, в които много автомобили се зареждат заедно в определени часове.
• Всички инсталации с много точки на едно присъединяване: всяко място, където общото потребление може да надвиши границата.

При самостоятелна вила с една стенна зарядна станция управлението на натоварването не е задължително; но във всеки сценарий, при който две или повече зарядни точки споделят едно и също присъединяване, то на практика е необходимост.

Избор на подходящото оборудване

За да се възползвате от управлението на натоварването, зарядните устройства трябва да са модели с комуникационни възможности, чиято настройка на тока може да се променя дистанционно. AC стенните зарядни станции Type 2 на Bemis (3,7–22 kW) и DC бързозарядните устройства CCS2 предлагат варианти, подходящи за инсталации с много устройства и сценарии за интелигентно зареждане; моделите, съвместими с OCPP, могат да се интегрират в схеми за централно управление и динамично балансиране.

Bemis E-V Charge, производител от Бурса (Турция) със собствен завод, подкрепя проекти в различен мащаб, от жилищни сгради до автопаркове, с оборудване с маркировка CE и защита IP65–IP66. За избора на правилното устройство, кабел и архитектура най-разумният подход е мощностният бюджет и броят на автомобилите да се планират още от самото начало.

Обобщение

Управлението на натоварването е ключът към безопасното зареждане на няколко автомобила, без да се надвишава ограниченият електрически капацитет. Статичното балансиране отделя фиксиран таван за зареждане, а динамичното отчита реалната консумация на сградата и използва свободния капацитет в реално време. Заедно с балансирането на фазите и управлението чрез OCPP/CSMS инсталациите с много устройства стават мащабируеми без скъпи инвестиции в инфраструктура.