W ostatnich latach nastąpił bardzo dynamiczny rozwój elektromobilności. Wśród wielu inicjatyw podejmowanych w tym zakresie warto zwrócić uwagę na projekt pn. „PLUGinEV”, realizowany przez Politechnikę Lubelską w konsorcjum z PGE Dystrybucja. Celem przedsięwzięcia było zaprojektowanie układu ładowania samochodów elektrycznych zintegrowanego z infrastrukturą oświetleniową. W prototypowym rozwiązaniu ważną rolę odegrały komponenty WAGO, które zastosowano m.in. w konstrukcji układu pomiaru energii.

Zintensyfikowane działania na rzecz ograniczenia emisji spalin z transportu drogowego podejmowane są na różnych szczeblach, począwszy od UE przez rządy państw członkowskich i lokalne samorządy aż po producentów samochodów. Sprawia to, że „elektryczną rewolucję” coraz powszechniej obserwujemy w całej Europie. Szacuje się, że do 2030 roku tylko po polskich drogach będzie jeździło kilkaset tysięcy, a nawet milion samochodów elektrycznych. Obecnie jest to zaledwie kilkanaście tysięcy aut „z wtyczką”, włączając hybrydy plug-in. Tak duży wzrost liczby aut elektrycznych w ciągu dekady oznacza ogromne zapotrzebowanie na budowę odpowiedniej infrastruktury, w szczególności stacji ładowania.

Energia pod kontrolą

Jednym z ważniejszych wyzwań związanych z infrastrukturą ładowania pojazdów elektrycznych jest kontrola i sterowanie przepływem energii, tak by zapewnić odpowiednie jej zasoby do ładowania rosnącej liczby samochodów elektrycznych, umożliwić możliwie równomierny rozkład obciążenia sieci energetycznej w czasie oraz właściwie realizować rozliczenie zużycia energii. W odpowiedzi na powyższe potrzeby, zespół projektu „PLUGinEV” podjął się opracowania dwukierunkowego układu transferu energii pomiędzy siecią elektroenergetyczną a pojazdem elektrycznym. Stworzono system, który łączy cechy fizycznej stacji ładowania pojazdów elektrycznych z usługą umożliwiającą włączenie stacji do systemu sterowania i akwizycji danych operatora oraz systemu zdalnie realizowanych rozliczeń energii. Dodatkowo stacja zintegrowana jest z infrastrukturą oświetleniową. Powstały dwie prototypowe stacje, które umieszczono na terenie Politechniki Lubelskiej oraz PGE Dystrybucja. Dwukierunkowy transfer energii: ładowanie oraz w przyszłości rozładowanie samochodu. Taka konstrukcja spełnia wymagania odbiornika energii elektrycznej oraz mikroźródła tej energii, co daje możliwość wykorzystania akumulatorów samochodów elektrycznych, tak by tworzyły rozproszony układ zasobników energii w strukturach energetycznych mających cechy smart grid.

WAGO inside

Stacje umożliwiają ładowanie pojazdów zarówno prądem stałym, jak i zmiennym. Ich sercem są przekształtniki energoelektroniczne AC/DC oraz DC/DC, zbudowane w oparciu o jedne z najnowocześniejszych tranzystorów MOSFET z węglika krzemu oraz transformatora wysokoczęstotliwościowego 60 kHz. W konstrukcji prototypowych stacji wykorzystano szereg rozwiązań i produktów WAGO, jak np. złączki listwowe, przekładniki pomiarowe i sterownik PLC. Komponenty WAGO posłużyły m.in. do budowy systemu komunikacji pomiędzy stacjami a systemem operatorskim. WAGO od wielu lat współpracuje z wiodącymi jednostkami naukowymi oraz producentami w różnych projektach badawczych i wdrożeniowych.

Elementy prototypowego systemu stworzonego w projekcie:

• słup oświetleniowy z punktem transferu energii
• infrastruktura zasilająca słup oświetleniowy
• odwzorowanie infrastruktury sieci elektroenergetycznej w systemie do jej zarządzania (SCADA)
  odwzorowanie modelu rozliczeń punktu ładowania zgodnie z wypracowaną metodyką rozliczeń w systemie AMI
• system informatyczny do obsługi interfejsu użytkownika na potrzeby rozliczenia i obsługi transferu energii

Więcej o projekcie można przeczytać na stronach: http://pluginev.pollub.pl/

Piotr Muskała, WAGO.PL

O szczegóły związane z realizacją projektu zapytaliśmy dr. inż. Roberta Jędrychowskiego z Katedry Elektroenergetyki Wydziału Elektroniki i Informatyki Politechniki Lubelskiej.

Piotr Muskała (PM): Jakie były największe wyzwania związane z realizacją projektu?

Dr inż. Robert Jędrychowski (RJ): W ramach projektu badawczego podjęto się stworzenia stacji ładowania samochodów elektrycznych dynamicznie i elastycznie współdziałającą z siecią elektroenergetyczną. Przyjęte do realizacji cele były jednocześnie wyzwaniami, którym należało sprostać.
Pierwszym wyzwaniem było skonstruowanie stacji, która komponowałaby się wizualnie z istniejącą infrastrukturą oświetleniową parkingu dając jednocześnie dodatkowe korzyści w postaci elastycznego doświetlenia miejsca ładowania pojazdu. W stacji tej głównym elementem jest układ energoelektroniczny pozwalający na ładowanie pojazdów EV prądem przemiennym lub stałym zgodnie z obowiązującymi w Europie standardami, a w przyszłości dającym możliwość wykorzystania samochodu jako zasobnika energii. Opracowany układ zapewnienia komunikację pomiędzy stacją ładowania a samochodem i pozwala na kontrolowanie ich współpracy.

Kolejnym wyzwaniem było stworzenie infrastruktury technicznej pozwalającej na włączenie stacji ładowania do systemu SCADA operatora OSD, co pozwoliło na opracowanie zasad współpracy stacji z siecią elektroenergetyczną i elastyczne sterowanie pracą stacji w zależności od warunków panujących w sieci. Stację ładowania wyposażono w układ pomiarowy wykorzystywany w systemie AMI. Pozwoliło to na odwzorowanie modelu rozliczeń punktu ładowania zgodnie z wypracowaną metodyką rozliczeń w systemie AMI.

Ostatnim wyzwaniem było stworzenie systemu informatycznego do obsługi interfejsu użytkownika na potrzeby rozliczenia i obsługi transferu energii.

PM: Jakie innowacje produktowe i systemowe wdrożyli Państwo w projekcie?

RJ: Opracowany produkt, jakim jest prototypowa stacja do dwukierunkowego transferu energii zawiera cały szereg innowacyjnych rozwiązań zarówno w zakresie sprzętowym, jak i opracowanych usług. Do rozwiązań innowacyjnych należą:

• Układ przekształtnikowy pozwalający na ładowanie i rozładowywanie pojazdu, wykorzystujący sterowanie OCCP. Układ pozwala na dostosowanie procesu ładowania do możliwości pojazdu oraz ograniczeń mogących wystąpić w sieci zasilającej.
• Układ sterowania oświetleniem zintegrowany z infrastrukturą oświetleniową w miejscu zainstalowania, pozwalający na adaptacyjne dopasowanie do pracy miejskiej sieci oświetleniowej i działań użytkownika ładowarki.
• Układ pomiarowo-rozliczeniowy współpracujący z AMI.
• Układ kontroli pracy stacji ładowania pracujący jako RTU i współpracujący z systemem SCADA operatora sieci elektroenergetycznej.
• Układ komunikacyjny oparty na łączu światłowodowym stanowiący połączenie ładowarki ze stacją SN/nN, z której jest zasilany. Układ zapewnia niezawodną transmisję danych dla wszystkich usług (SCADA, AMI, zarządzanie stacją) przy zachowaniu izolacji poszczególnych asocjacji i wykorzystaniu wymaganych mechanizmów bezpieczeństwa.
• Układ informatyczny zapewniający użytkownikowi możliwość logowania się, monitorowania i sterowania procesem ładowania.

PM: Dlaczego wybrali Państwo komponenty WAGO?

RJ: W trakcie realizacji projektu konieczne było wybranie rozwiązań technicznych, dających możliwość realizacji poszczególnych funkcji. Ponieważ w zakresie moich obowiązków było zaprojektowanie zasilania, układu zabezpieczeń, zasilania 24 V DC układów wewnętrznych, stworzenie układu komunikacyjnego oraz systemu sterowania oświetleniem, poszukiwałem rozwiązania, które kompleksowo mogłoby realizować poszczególne zadania. Dodatkowo konieczne było wybranie takich rozwiązań, które mogłyby pracować w trudnych warunkach zewnętrznych. Podstawowym wyborem był sterownik PFC200 750-8202/040-001.

Dzięki dobraniu odpowiednich modułów sterownik zapewnił:

•  monitorowanie stanu zabezpieczeń
• pomiar energii, mocy, prądów i napięć, po stronie zasilania ładowarki (wykorzystano przekładniki prądowe WAGO)
• pomiar energii, mocy, prądów i napięć dla potrzeb własnych ładowarki (wykorzystano przekładniki prądowe WAGO)
• komunikacja z magistralą CAN
• sterowanie oświetleniem
• monitorowanie zasilania 24 V DC opartego na zasilaczu impulsowym z jednostką sterująco-ładującą
• możliwość wykorzystania funkcji dataloggera na potrzeby AMI
• funkcje RTU dla komunikacji z systemem SCADA wykorzystującym protokół DNP3
• funkcje zabezpieczeń dla komunikacji TCP/IP
• wizualizację stanu pracy poszczególnych elementów.

A skoro tak, to wybrano również inne urządzenia i akcesoria znajdujące się w ofercie WAGO. Są to:

• elementy układ zasilania 24 V DC z podtrzymaniem
• układ komunikacyjny oparty na przełącznikach WAGO
• układ połączeń oparty został na złączkach WAGO dedykowanych dla różnych wartości obciążenia i średnicy przewodów.

Materiał zdjęciowy: (Autor zdjęć: dr inż. Robert Jędrychowski)

• Tags
• Dr inż. Robert Jędrychowski
• elektromobilność
• Piotr Muskała
• PLUGinEV
• pojazdy elektryczne
• Ładowarka do pojazdów elektrycznych