Що таке керування навантаженням (load management) під час заряджання електромобіля?

Коли ви хочете заряджати кілька електромобілів одночасно, бракує найчастіше не зарядного пристрою, а електричної потужності будівлі. Дозволена потужність багатоквартирного будинку, підприємства чи паркінгу торгового центру обмежена; якщо всі зарядні станції одночасно працюватимуть на повну потужність, спрацює головний автомат або перевантажиться трансформатор. Саме цю проблему й розв’язує керування навантаженням (load management).

Що таке керування навантаженням (load management)?

Керування навантаженням – це метод контролю, який розумно розподіляє потужність між кількома зарядними станціями, не перевищуючи наявну електричну потужність об’єкта. Система постійно стежить за загальною споживаною потужністю і врівноважує її, підвищуючи або знижуючи струм (у амперах), який віддають зарядні станції. Тож навіть коли кількість автомобілів, що заряджаються одночасно, зростає, загальне споживання залишається в безпечних межах об’єкта.

Коротко кажучи, керування навантаженням – це «розподіл потужності». Поки заряджається один автомобіль, йому можна віддати більше потужності; коли до тієї ж лінії під’єднуються другий і третій автомобілі, система автоматично ділить потужність між ними. Жоден автомобіль не споживає стільки, щоб поставити мережу під загрозу.

Навіщо це потрібно? Співвідношення потужності (кВт) і можливостей мережі

кВт позначає потужність, тобто швидкість заряджання; кВт·год – це кількість енергії, переданої автомобілю. Дозволена потужність об’єкта теж обмежена і вимірюється в кВт (або кВА). Наприклад, навіть одна настінна зарядна станція AC (wallbox) на 22 кВт може забирати значну частину наявної потужності невеликої будівлі.

Коли встановлено кілька точок заряджання, розрахунок швидко ускладнюється. Якщо п’ять настінних станцій по 22 кВт одночасно працюють на повну потужність, виникає попит у 110 кВт. Дозволена потужність більшості багатоквартирних будинків чи невеликих підприємств цього не витримає. Без керування навантаженням єдиним виходом було б дороге збільшення дозволеної потужності або інвестиції в трансформатор. Завдяки розумному розподілу наявна інфраструктура зберігається.

• Запобігає спрацюванню головного автомата й відключенням електроенергії.
• Зменшує потребу в дорогому збільшенні дозволеної потужності чи в інвестиціях у трансформатор.
• Дає змогу встановити більше точок заряджання на тій самій інфраструктурі.
• Забезпечує безпечне й рівномірне заряджання всіх автомобілів.
• Запобігає додатковим витратам на електроенергію через перевищення ліміту потужності.

Що таке статичне балансування навантаження?

Статичне балансування навантаження – це метод, за якого загальна потужність, виділена зарядним станціям, обмежена фіксованою (заздалегідь заданою) межею. Наприклад, для установки визначають бюджет у 40 кВт; система ділить ці 40 кВт між під’єднаними автомобілями й ніколи не перевищує цієї межі.

За такого підходу зарядні станції не знають, скільки потужності споживає решта будівлі (ліфти, освітлення, кондиціонери тощо). Бюджет для заряджання задають безпечним і низьким, виходячи з моменту, коли інші навантаження будівлі максимальні. Статичне балансування просте в монтажі й не потребує додаткового лічильника; проте воно не може використати вільну потужність мережі, тому його ефективність обмежена.

Що таке динамічне балансування навантаження?

Динамічне балансування навантаження – це досконаліший метод, який через лічильник струму чи енергії (розумний лічильник) на головному вводі об’єкта постійно зчитує фактичне поточне споживання будівлі й у реальному часі передає зарядним станціям вільну потужність, що залишилася.

Наприклад, удень, коли на підприємстві працюють кондиціонери й обладнання, на заряджання виділяється менше потужності; увечері, коли навантаження падає, ті самі точки заряджання отримують значно більше потужності. Коли загальне споживання наближається до ліміту дозволеної потужності, система автоматично знижує струм заряджання, а коли потужність звільняється, знову його підвищує. Так наявна інфраструктура використовується якнайефективніше і для будівлі, і для автомобілів.

Статичне балансування виділяє на заряджання фіксований бюджет; динамічне балансування зчитує поточне споживання будівлі й у реальному часі розподіляє на заряджання вільну потужність, що залишилася.

Що таке балансування фаз (phase balancing)?

У Туреччині на більшість корпоративних і великих об’єктів електроенергія надходить трьома фазами (трифазне живлення). Частина автомобілів і зарядних станцій споживає потужність з однієї фази (однофазне живлення), а інші використовують усі три фази одночасно. Якщо навантаження від заряджання розподілене по фазах нерівномірно, одна фаза може перевантажитися, тоді як інші простоюють; це призводить до спрацювання автоматів і неефективного використання потужності.

Балансування фаз розподіляє навантаження від заряджання між трьома фазами якомога рівномірніше, щоб жодна фаза не перевантажувалася. Інтелектуальні системи керування навантаженням оптимізують розподіл з урахуванням того, з якої фази споживає кожен автомобіль, і допомагають отримати максимум від наявної потужності.

Роль OCPP і CSMS у керуванні навантаженням

В установках із кількома пристроями керуванню навантаженням потрібен центральний «мозок». OCPP (Open Charge Point Protocol) – це відкритий стандарт зв’язку між зарядними станціями та центральним програмним забезпеченням для керування (CSMS). CSMS бачить стан усіх станцій, задає обмеження струму й надсилає команди для розподілу потужності між пристроями.

Завдяки цьому пристрої з підтримкою OCPP можна віддалено контролювати, об’єднувати в групи й керувати ними за допомогою профілів інтелектуального заряджання. Адміністратор може централізовано налаштувати такі сценарії, як пріоритет заряджання за нічним тарифом, зниження потужності в певні години чи різні ліміти для груп автомобілів. Моделі Bemis із підтримкою OCPP розроблені саме для таких сценаріїв віддаленого й інтелектуального керування.

Локальне й хмарне керування навантаженням

Керування навантаженням може працювати на двох рівнях. За локального керування пристрої обмінюються даними в мережі одного об’єкта й ділять потужність між собою; балансування триває навіть тоді, коли зникає інтернет. За хмарного керування (через CSMS) центральне програмне забезпечення бере на себе ширші функції, як-от виставлення рахунків, звітність і віддалений контроль. Надійні установки зазвичай поєднують обидва рівні.

Приклад: багато автомобілів за обмеженої дозволеної потужності

На паркінгу багатоквартирного будинку хочуть установити 6 настінних станцій по 11 кВт, але бюджет потужності, який будівля може виділити на заряджання, становить лише 33 кВт. Без керування навантаженням 6 пристроїв, що одночасно працюють на повну потужність, створили б попит у 66 кВт, тобто вдвічі більше, ніж може дати будівля; це неможливо.

З динамічним керуванням навантаженням сценарій виглядає так: якщо пізно вночі під’єднаний лише 1 автомобіль, йому можна віддати майже всі 11 кВт. Коли одночасно під’єднано 3 автомобілі, 33 кВт ділиться на три, і кожен отримує приблизно 11 кВт. Якщо під’єднуються 6 автомобілів одразу, система відкриває кожному в середньому близько 5,5 кВт; автомобілі заряджаються трохи повільніше, але всі безпечно й одночасно. Межа 33 кВт не перевищується жодної миті. Коли автомобілі завершують заряджання й від’їжджають, вільна потужність автоматично переходить до тих, що ще заряджаються.

Яким установкам потрібне керування навантаженням?

• Паркінги багатоквартирних будинків і житлових комплексів: місця, де багато квартир ділить обмежену спільну потужність.
• Паркінги підприємств і офісів: установки, де автомобілі працівників заряджаються вдень усі разом.
• Торгові центри, готелі й комерційні паркінги: зони з інтенсивним рухом автомобілів і змінним попитом.
• Центри заряджання автопарків: депо, де багато автомобілів заряджають разом у певні години.
• Усі багатоточкові установки з одним приєднанням: будь-яке місце, де загальний попит може перевищити ліміт.

Для окремої вілли з однією настінною станцією керування навантаженням не обов’язкове; проте в будь-якому сценарії, де дві чи більше точки заряджання ділять одне приєднання, керування навантаженням на практиці необхідне.

Правильний вибір обладнання

Щоб скористатися керуванням навантаженням, потрібні зарядні станції з можливістю зв’язку, які дають змогу віддалено змінювати налаштування струму. Настінні зарядні станції Bemis Type 2 AC (3,7–22 кВт) і блоки швидкого заряджання DC CCS2 пропонують рішення для установок із кількома пристроями та сценаріїв інтелектуального заряджання; моделі з підтримкою OCPP можна інтегрувати в системи централізованого керування й динамічного балансування.

Bemis E-V Charge, виробник із Бурси (Туреччина) з власним заводом, підтримує проєкти різного масштабу, від багатоквартирних будинків до автопарків, з обладнанням із сертифікацією CE і захистом IP65–IP66. Найкраще, що можна зробити для правильного вибору пристрою, кабелю й архітектури, – одразу спланувати бюджет потужності установки та кількість автомобілів.

Підсумок

Керування навантаженням – ключ до безпечного заряджання кількох автомобілів без перевищення обмеженої електричної потужності. Статичне балансування виділяє на заряджання фіксовану межу, а динамічне зчитує фактичне споживання будівлі й використовує вільну потужність у реальному часі. Разом із балансуванням фаз і керуванням через OCPP/CSMS установки з кількома пристроями можна масштабувати без дорогих інвестицій в інфраструктуру.