इलेक्ट्रिक वाहन चार्जर और आवासीय बिजली की गुणवत्ता - एक दो सप्ताह का क्षेत्रीय अध्ययन
| साइट | आवासीय कॉन्डोमिनियम - बैंकॉक, थाईलैंड |
| मापन अवधि | दो सप्ताह तक निरंतर क्षेत्र माप |
| ईवी चार्जर प्रकार | एकल-चरण स्तर 2 एसी चार्जर (प्रमुख उपयोग पैटर्न) |
| वोल्टेज असंतुलित होना | औसत 0.535% · चोटी 2.18% सक्रिय चार्जिंग के दौरान |
| चार्जिंग के दौरान वर्तमान THD | 15-20% - बेसलाइन पर उल्लेखनीय वृद्धि |
| तटस्थ धारा | महत्वपूर्ण - एकल-चरण लोडिंग प्रभुत्व द्वारा संचालित |
| बुनियादी ढांचे की स्थिति | रेट्रोफ़िटेड - मूल रूप से ईवी चार्जिंग लोड के लिए डिज़ाइन नहीं किया गया |
| मुख्य खोज | एकल-चरण ईवी चार्जिंग चरण असंतुलन और हार्मोनिक इंजेक्शन पैदा करती है जिसे संभालने के लिए मौजूदा आवासीय वायरिंग को डिज़ाइन नहीं किया गया था |
01 प्रसंग और पृष्ठभूमि
वैश्विक स्तर पर इलेक्ट्रिक वाहन अपनाने में तेजी आ रही है, और इसके साथ बिजली की गुणवत्ता की चुनौतियों का एक सेट आता है जिसे संभालने के लिए अधिकांश आवासीय वितरण बुनियादी ढांचे को कभी भी डिज़ाइन नहीं किया गया था. यह क्षेत्र अध्ययन नगाओपिटक्कुल द्वारा किया गया है (2025) चुलालोंगकोर्न विश्वविद्यालय बैंकॉक में एक वास्तविक आवासीय कॉन्डोमिनियम में ईवी चार्जर परिनियोजन के पीक्यू प्रभाव की जांच करता है, थाईलैंड - एक ऐसा शहर जहां तेजी से ईवी को अपनाना विद्युत बुनियादी ढांचे के उन्नयन को पीछे छोड़ रहा है.[1]
यह अध्ययन विशेष रूप से प्रासंगिक है क्योंकि यह वास्तविक दुनिया के सबसे आम परिदृश्य को संबोधित करता है: एकल-चरण स्तर के साथ रेट्रोफ़िटेड आवासीय बुनियादी ढाँचा 2 एसी चार्जर अलग-अलग पार्किंग स्थानों या गैरेज में स्थापित किए गए हैं, समन्वित भार प्रबंधन के बिना. यह संतुलित तीन-चरण चार्जिंग और स्मार्ट लोड नियंत्रण के साथ एक उद्देश्य-निर्मित ईवी सुविधा नहीं है - यह एक बहु-इकाई आवासीय भवन की मौजूदा विद्युत प्रणाली है जो नई पीढ़ी के उच्च-शक्ति गैर-रेखीय भार का सामना करती है जो मूल डिजाइन में अपेक्षित नहीं थी।.
वितरण नेटवर्क के लिए मौजूद ईवी चार्जर की चुनौती औद्योगिक हार्मोनिक समस्याओं से चरित्र में भिन्न है जो अधिकांश पीक्यू साहित्य पर हावी है. औद्योगिक हार्मोनिक स्रोत केंद्रित हैं, उम्मीद के मुताबिक, और अक्सर उपयोगिता कनेक्शन अध्ययन के अधीन होता है. आवासीय ईवी चार्जर वितरित किए जाते हैं, स्टोकेस्टिक, और उन बिंदुओं पर लो-वोल्टेज नेटवर्क से जुड़ा है जिन्हें कभी भी महत्वपूर्ण हार्मोनिक या असंतुलित भार को अवशोषित करने के लिए डिज़ाइन नहीं किया गया था. वितरण उन्नयन की योजना बनाने वाले एक उपयोगिता इंजीनियर को बिल्कुल इसी प्रकार की सेटिंग से फ़ील्ड डेटा की आवश्यकता होती है.
02 माप पद्धति
कॉन्डोमिनियम के विद्युत वितरण पैनल में दो सप्ताह का निरंतर क्षेत्र माप अभियान चलाया गया. माप की अवधि महत्वपूर्ण है: ईवी चार्जिंग व्यवहार दिन के समय के साथ बदलता रहता है, सप्ताह का दिन, और व्यक्तिगत निवासी पैटर्न. दो-सप्ताह का डेटासेट उस परिवर्तनशीलता को कैप्चर करता है जो एक-दिन या एकल-घटना माप में छूट जाएगी, और यथार्थवादी उपयोग स्थितियों के तहत पीक्यू प्रभाव का सांख्यिकीय रूप से सार्थक लक्षण वर्णन प्रदान करता है.[1]
निम्नलिखित मापदंडों को मापा और विश्लेषण किया गया:
- प्रोफ़ाइल लोड करें - वर्तमान मांग बनाम समय, चार्जिंग पैटर्न का खुलासा
- वर्तमान और वोल्टेज तरंगरूप - चार्जिंग इवेंट के दौरान तीन-चरण आरएमएस मान और तरंग रूप कैप्चर
- चरण समरूपता - तीन चरणों में चार्जिंग लोड का वितरण
- सुरीले विरूपण - सक्रिय चार्जिंग के दौरान और बेसलाइन पर वर्तमान टीएचडी विश्लेषण
- वोल्टेज असंतुलित होना - अधिकतम विचलन विधि का उपयोग करके मात्रा निर्धारित की गई (कोई परिभाषा नहीं): तीन-चरण माध्य से किसी भी चरण वोल्टेज का अधिकतम विचलन, माध्य से विभाजित
- तटस्थ धारा - चार्जिंग घटनाओं के दौरान परिमाण और तरंगरूप
इस अध्ययन में वोल्टेज असंतुलन के लिए NEMA अधिकतम विचलन विधि का उपयोग किया गया, जिसके लिए केवल चरण वोल्टेज परिमाण की आवश्यकता होती है. आईईसी सममित घटक विधि (नकारात्मक-अनुक्रम से सकारात्मक-अनुक्रम वोल्टेज का अनुपात) अधिक कठोर है लेकिन इसके लिए चरण माप की आवश्यकता होती है. छोटे असंतुलन के लिए लगभग नीचे 3%, दोनों विधियाँ समान संख्यात्मक परिणाम देती हैं. का चरम असंतुलन 2.18% इस अध्ययन में बताया गया ईएन के करीब होगा 50160 की सीमा 2% किसी भी परिभाषा के तहत - उत्तरी अमेरिकी और आईईसी अभ्यास दोनों के लिए खोज को प्रासंगिक बनाना.[2]
03 मुख्य निष्कर्ष
मापा गया पीक्यू पैरामीटर
| पैरामीटर | आधारभूत (कोई चार्जिंग नहीं) | सक्रिय ईवी चार्जिंग के दौरान | मानक सीमा | स्थिति |
|---|---|---|---|---|
| वर्तमान टीएचडी | निम्न - सामान्य आवासीय आधार रेखा | 15-20% | आईईईई 519: 5-8% टीडीडी और एलवी पीसीसी | ऊपर उठाया हुआ |
| वोल्टेज असंतुलित होना (औसत) | नीचे 0.5% | 0.535% औसत | इन 50160: ≤ 2% (95% सप्ताह का) | सीमा के अंदर |
| वोल्टेज असंतुलित होना (शिखर) | नीचे 0.5% | 2.18% शिखर | इन 50160: ≤ 2% (95% सप्ताह का) | सीमा पर |
| तटस्थ धारा | कम | उल्लेखनीय रूप से ऊंचा | सीधे तौर पर सीमित नहीं - जोखिम का आकार | निगरानी करना |
| चरण लोडिंग समरूपता | लगभग संतुलित | एकल-चरण प्रमुख | डिजाइन में संतुलित लोडिंग का अनुमान लगाया गया है | असंतुलित |
| स्रोत: नगाओपिटक्कुल (2025).[1] दो सप्ताह का क्षेत्र माप, बैंकॉक कॉन्डोमिनियम. एनईएमए अधिकतम विचलन विधि द्वारा वोल्टेज असंतुलित. | ||||
एकल-चरण चार्जिंग हावी है - असंतुलन की समस्या की जड़
सबसे महत्वपूर्ण व्यवहारिक निष्कर्ष यह था कि एकल-चरण चार्जिंग पूरी तरह से देखे गए उपयोग पैटर्न पर हावी थी. निवासियों ने एकल-चरण स्तर का उपयोग किया 2 एसी चार्जर, जिस भी चरण में उनके पार्किंग स्थान की सेवा की गई, उससे जुड़े - चरणों में किसी भी समन्वय के बिना. परिणाम एक अत्यधिक असंतुलित भार है जो इस बात पर निर्भर करता है कि कितने निवासी एक साथ चार्ज करते हैं और वे किस चरण पर हैं.[1]
यह ईवी चार्जर्स की तकनीकी सीमा नहीं है - तीन-चरण चार्जर मौजूद हैं और लोड को सममित रूप से वितरित करेंगे. यह इस बात का परिणाम है कि आवासीय ईवी चार्जिंग को व्यवहार में कैसे लागू किया जाता है: व्यक्तिगत इकाइयाँ, व्यक्तिगत चार्जर, कोई सिस्टम-स्तरीय समन्वय नहीं, पार्किंग स्तर पर जो भी एकल-चरण शाखा उपलब्ध है, उससे जुड़ा हुआ है.
कॉन्डोमिनियम का विद्युत बुनियादी ढांचा मूल रूप से ईवी चार्जिंग लोड के लिए डिज़ाइन नहीं किया गया था. रेट्रोफ़िटेड इमारतों में, ईवी चार्जिंग के प्रभाव अक्सर डिज़ाइन सीमाओं के कारण बढ़ जाते हैं: प्री-ईवी लोड के लिए तटस्थ कंडक्टर का आकार, अतिरिक्त क्षमता के बिना वितरण पैनल, और वायरिंग रन जिन्हें उच्च वर्तमान परिमाण और महत्वपूर्ण हार्मोनिक सामग्री के संयोजन के लिए इंजीनियर नहीं किया गया था. आज ईवी चार्जिंग को ध्यान में रखकर डिजाइन की गई इमारत में मौलिक रूप से अलग विद्युत वास्तुकला होगी - तीन-चरण चार्जर, प्रबंधित चार्जिंग सिस्टम, बड़े आकार के न्यूट्रल, और एक वितरण क्षमता मूल्यांकन जिसमें शुरू से ही ईवी लोड शामिल है.
04 तकनीकी विश्लेषण
ईवी चार्जर गैर-रेखीय भार के रूप में
ईवी ऑन-बोर्ड चार्जर स्विच्ड-मोड पावर रूपांतरण का उपयोग करते हैं - एसी आपूर्ति को ठीक किया जाता है और फिर बैटरी को आवश्यक डीसी करंट देने के लिए उच्च आवृत्ति स्विचिंग कनवर्टर द्वारा नियंत्रित किया जाता है।. यह ईवी चार्जर को एक गैर-रेखीय भार बनाता है जो साइनसॉइड के बजाय पल्स में करंट खींचता है, आपूर्ति नेटवर्क में हार्मोनिक धाराओं को इंजेक्ट करना. प्रमुख हार्मोनिक ऑर्डर कनवर्टर टोपोलॉजी पर निर्भर करते हैं, लेकिन तीसरा, पांचवां, और सातवां हार्मोनिक्स एकल-चरण चार्जर्स के लिए विशिष्ट हैं.[1]
चार्जिंग के दौरान मापे गए 15-20% के वर्तमान टीएचडी मान आवासीय स्तर के लिए प्रकाशित डेटा के अनुरूप हैं 2 सक्रिय पावर फैक्टर सुधार के बिना एसी चार्जर. सक्रिय फ्रंट-एंड पीएफसी सर्किट वाले आधुनिक चार्जर नीचे टीएचडी प्राप्त कर सकते हैं 5%, लेकिन इन्हें मौजूदा आवासीय ईवी चार्जिंग आबादी में समान रूप से तैनात नहीं किया गया है.
चरण असंतुलन - तटस्थ वर्तमान परिणाम
जब एकल-चरण भार एक या दो चरणों पर हावी हो जाता है, तीन चरण प्रणाली असंतुलित हो जाती है. चार-तार प्रणाली में, तटस्थ कंडक्टर तीन चरण धाराओं का वेक्टर योग वहन करता है - जो संतुलित साइनसॉइडल स्थितियों के तहत शून्य है. इस अध्ययन में देखी गई असंतुलित एकल-चरण ईवी चार्जिंग स्थितियों के तहत, तटस्थ धारा महत्वपूर्ण हो गई, एक ऐसे कंडक्टर पर थर्मल लोडिंग बनाना जो बहुत छोटे करंट के लिए आकार का था. यह अस्पताल पीक्यू केस अध्ययनों में चर्चा की गई ट्रिपल हार्मोनिक न्यूट्रल ओवरलोडिंग के समान तंत्र है - विभिन्न मूल कारण, तटस्थ कंडक्टर के लिए भी यही परिणाम है.
वोल्टेज असंतुलन - EN पर चरम 50160 आप LIMIT
का औसत वोल्टेज असंतुलित 0.535% EN के भीतर ठीक है 50160 की सीमा 2%. तथापि, का शिखर 2.18% एक ही चरण पर एक साथ चार्जिंग की घटनाओं के दौरान सीमा निकट आ जाती है और क्षण भर के लिए सीमा से अधिक हो जाती है. यूटिलिटी इंजीनियर के लिए, यह महत्वपूर्ण है: इन 50160 अनुपालन का मूल्यांकन एक सप्ताह की अवलोकन अवधि में 95वें-प्रतिशत आँकड़े के रूप में किया जाता है - एक शाम के दौरान एक भी चरम घटना अपने आप में गैर-अनुपालन नहीं है. लेकिन यह संकेत देता है कि जैसे-जैसे इमारत में ईवी की पहुंच बढ़ती है, चरम असंतुलन आनुपातिक रूप से बढ़ेगा, और सांख्यिकीय वितरण सीमा की ओर स्थानांतरित हो जाएगा.
एक दर्जन ईवी चार्जर वाला एक कॉन्डोमिनियम ईएन के पास चरम असंतुलन पैदा करता है 50160 आप LIMIT. दस ऐसी इमारतों की सेवा करने वाला एक वितरण फीडर - जो कि सक्रिय ईवी अपनाने वाले किसी भी शहरी क्षेत्र में एक यथार्थवादी निकट-अवधि परिदृश्य है - निरंतर असंतुलन पैदा कर सकता है जो कि एलवी फीडर स्तर पर सीमा से अधिक है, बिना किसी व्यक्तिगत इमारत के इसकी कनेक्शन शर्तों का उल्लंघन किए बिना. यह एक नेटवर्क-स्तरीय पीक्यू नियोजन समस्या है जिसके लिए फीडर स्तर पर निगरानी की आवश्यकता होती है, न केवल व्यक्तिगत ग्राहक कनेक्शन पर.
05 सिफारिशों
अध्ययन ईवी-तैयार आवासीय प्रणालियों के लिए निम्नलिखित इंजीनियरिंग उपायों की पहचान करता है:[1]
- तीन-चरण ईवी चार्जर - चार्जिंग करंट को तीनों चरणों में सममित रूप से वितरित करें, स्रोत पर एकल-चरण असंतुलन समस्या को समाप्त करना. नई स्थापनाओं और प्रमुख रेट्रोफ़िट के लिए उपयुक्त
- समन्वित भार प्रबंधन (स्मार्ट चार्जिंग) - एक ही चरण में एक साथ पीक डिमांड से बचने के लिए चार्जिंग शेड्यूल को नियंत्रित करें, पीक करंट कम करें, और उपयोग के समय प्रबंधन की अनुमति दें. एक भवन ऊर्जा प्रबंधन प्रणाली और चार्जर संचार क्षमता की आवश्यकता है
- चरण असाइनमेंट योजना - एकल-चरण चार्जर स्थापनाओं के लिए, लोड को संतुलित करने के लिए जानबूझकर पूरे भवन में वैकल्पिक चरणों में चार्जर निर्दिष्ट करें. सभी पार्किंग स्थानों पर चरण असाइनमेंट की सूची की आवश्यकता है
- तटस्थ कंडक्टर मूल्यांकन - तटस्थ कंडक्टरों की समीक्षा करें और उन्हें बड़ा करें जहां एकल-चरण ईवी चार्जिंग भार केंद्रित हैं. पूर्व-ईवी भवन में तटस्थ कंडक्टर को संतुलित भार धारणा के लिए आकार दिया गया था जो अब धारण नहीं करता है
- सक्रिय हार्मोनिक फ़िल्टरिंग - यदि चार्जर की आबादी को पीएफसी से सुसज्जित इकाइयों से नहीं बदला जा सकता है, वितरण पैनल पर एक केंद्रीय सक्रिय हार्मोनिक फ़िल्टर THD को स्वीकार्य स्तर तक कम कर सकता है
- तैनाती से पहले वितरण क्षमता का अध्ययन - ईवी चार्जिंग जोड़ने वाले किसी भी आवासीय भवन को चार्जर स्थापित करने से पहले लोड प्रवाह और पीक्यू प्रभाव अध्ययन करना चाहिए, समस्याएं सामने आने के बाद नहीं
किसी भी पूंजीगत व्यय से पहले, सबसे तात्कालिक और शून्य-लागत शमन चरण असाइनमेंट योजना है. किस चरण द्वारा किस पार्किंग स्थान की सेवा की जाती है, इसका ऑडिट करना और जानबूझकर सबसे कम लोड वाले चरण में नए ईवी चार्जर कनेक्शन आवंटित करने में कुछ भी खर्च नहीं होता है और सीधे चरम असंतुलन को कम करता है।. यह हार्मोनिक समस्या का समाधान नहीं करेगा, लेकिन यह बिना किसी पूंजीगत लागत के न्यूट्रल करंट ओवरलोडिंग और वोल्टेज असंतुलन के प्रमुख कारण को संबोधित करता है.
06 विद्युत गुणवत्ता परिप्रेक्ष्य
यह केस अध्ययन पीक्यू समस्या के एक वर्ग का प्रतिनिधित्व करता है जो अगले दशक में केवल आवृत्ति और गंभीरता में बढ़ेगा: वितरण बुनियादी ढांचे पर नए उच्च-शक्ति गैर-रेखीय भार का रेट्रोफ़िट जो पूरी तरह से अलग लोड प्रोफ़ाइल के लिए डिज़ाइन किया गया था. ईवी चार्जर, heat pumps, और बैटरी भंडारण प्रणालियों को आवासीय और वाणिज्यिक भवनों से जोड़ा जा रहा है जिनकी विद्युत प्रणालियाँ गरमागरम प्रकाश व्यवस्था के लिए डिज़ाइन की गई थीं, प्रतिरोधक ताप, और रैखिक मोटर भार.
उपयोगिता वितरण योजना परिप्रेक्ष्य से, इस अध्ययन में सबसे महत्वपूर्ण खोज व्यक्तिगत भवन संख्या नहीं है - 15-20% टीएचडी, 2.18% चरम असंतुलन. इन्हें एकल-भवन पैमाने पर प्रबंधित किया जा सकता है. नियोजन चिंता समुच्चय है: जब एक ही एलवी फीडर पर घरों और कॉन्डोमिनियम का एक महत्वपूर्ण हिस्सा असंगठित चार्जिंग के साथ एकल-चरण ईवी चार्जर तैनात करता है, फीडर-स्तर का असंतुलन और हार्मोनिक विरूपण उन स्तरों तक पहुंच सकता है जो फीडर पर सभी ग्राहकों को प्रभावित करते हैं, न केवल ईवी चार्जिंग इमारतें.
यूटिलिटी इंजीनियर जिन्होंने अपना करियर औद्योगिक भार से हार्मोनिक्स का प्रबंधन करने और वितरण फीडर से कैपेसिटर स्विचिंग ट्रांसिएंट का प्रबंधन करने में बिताया, अब वितरित वितरण का सामना कर रहे हैं, उसी समस्या का आवासीय-स्तरीय संस्करण - ईवी अपनाने की गति और व्यक्तिगत चार्जर स्तर पर उपयोगिता-दृश्यमान मीटरींग की अनुपस्थिति द्वारा बढ़ाया गया. पारंपरिक उपयोगिता पीक्यू टूलबॉक्स - पीसीसी माप, आईईईई 519 अनुपालन अध्ययन, बड़े औद्योगिक ग्राहकों के लिए हार्मोनिक फ़िल्टर विनिर्देश - लाखों लोगों के लिए डिज़ाइन नहीं किया गया था 7 किलोवाट आवासीय भार एलवी नेटवर्क में वितरित किया गया. नई निगरानी रणनीतियाँ, नए नियोजन उपकरण, और आवासीय ईवी चार्जिंग के लिए नई कनेक्शन शर्तें सभी सक्रिय विकास में हैं. बैंकॉक का यह फ़ील्ड अध्ययन डेटासेट में एक डेटा बिंदु है जिसे उद्योग को तत्काल बनाने की आवश्यकता है.
सन्दर्भ
- नगाओपिटक्कुल ए. “आवासीय विद्युत अवसंरचना पर इलेक्ट्रिक वाहन चार्जर्स के प्रभावों का मूल्यांकन।” अनुप्रयुक्त विज्ञान, उड़ान. 15, नहीं. 11, पी. 5997, 2025. DOI: 10.3390/ऐप15115997. CC BY के अंतर्गत खुली पहुंच 3.0.
- इन 50160:2010+ए3:2019. सार्वजनिक बिजली नेटवर्क द्वारा आपूर्ति की जाने वाली बिजली की वोल्टेज विशेषताएँ. CENELEC, ब्रसेल्स.
- आईईईई एसटीडी 519-2022. इलेक्ट्रिक पावर सिस्टम में हार्मोनिक नियंत्रण के लिए आईईईई मानक. आईईईई, न्यू यार्क, NY, 2022.
- कोई एमजी-1-2021 नहीं. मोटर्स और जेनरेटर - वोल्टेज असंतुलन परिभाषा. नेशनल इलेक्ट्रिकल मैन्युफैक्चरर्स एसोसिएशन, रोसलिन, वी.ए.
नगाओपिटक्कुल ए. “आवासीय विद्युत अवसंरचना पर इलेक्ट्रिक वाहन चार्जर्स के प्रभावों का मूल्यांकन।” अनुप्रयुक्त विज्ञान, 15(11), 5997, 2025.
DOI: 10.3390/ऐप15115997 · मूल लेख एमडीपीआई → पर पढ़ें
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