How Eradeh uses ETAP to study unbalanced harmonics in EV charging stations to mitigate disruptions

저희는 수행 계획을 개발하고, 완화 솔루션을 실행했으며, 현장 결과를 추가로 평가했습니다. 저희는 에너지 절감이 10% 증가하고, 차량 가동 시간이 20% 증가했다는 것을 알아냈습니다.
Nina Sadighi, Eradeh Power Consulting의 설립자

미국 전역에서 차량 전기화 수요가 증가함에 따라 기존 배전 인프라에 대한 과제를 해결하기 위해 Eradeh는 EV 충전 관리 전략을 수립하고 전력 품질 문제를 해결하기로 했습니다. 시스템 모델링을 위해 ETAP 디지털 트윈을 사용하여 근본 원인 분석을 수행했습니다. 그 결과, 포괄적인 보고서는 규정 준수 평가와 완화 솔루션을 구현하기 위한 행동 계획 개발, 현장 결과의 추가 평가에 도움이 되었습니다.

Eradeh Power Consulting은 다양한 산업 분야의 전력 시스템에 대한 설계, 엔지니어링, 계획 서비스와 종합적인 솔루션을 제공합니다. 이 회사는 검증된 전문성과 혁신적인 접근 방식을 결합하여 전력 엔지니어링 분야에서 탁월한 성과를 제공하며, 고객이 타협 없는 신뢰성, 운영 효율성, 지속 가능한 성장을 달성할 수 있도록 보장합니다. 엄격한 설계, 데이터 기반의 통찰력, 확고한 품질 기준을 통해 전력 인프라의 어려움을 발전의 기회로 전환합니다.

Location: 휴스턴, 텍사스, 미국

Year: 2024

목적 및 방법

  • 전력 품질과 관련된 운영 비효율성의 근본 원인을 효과적으로 조사하는 방법을 파악합니다.
  • 에너지 비용 절감을 위한 EV 충전 안정성 향상 계획 수립
  • 규정 준수 검토를 지원하기 위한 분석 프로세스 구현

이 사례 연구는 300개가 넘는 전기 밴 충전소가 있는 현장에서 불평형(위상별) 고조파 왜곡을 측정하여 얻은 통찰력과 관찰 결과를 담고 있습니다. 현장에서 실시한 불평형 고조파 분석(UBHA) 결과, 개별 위상 전류와 전압에 대한 왜곡 한계가 초과되었을 뿐만 아니라 전력 분배 장비 정격 과부하(변압기 K 정격 및 케이블 열 한계 등)도 초과된 것으로 나타났습니다. 또한 이 연구에서는 사이트 내부와 공통 결합 지점(PCC)에서 계산된 불평형 고조파 왜곡을 능동/수동 고조파 필터 사용 등의 기술을 사용하여 어떻게 완화할 수 있는지 살펴보았습니다.

성과

ETAP의 통합 디지털 트윈 과 ETAP 엔지니어링 서비스는 전기 충전(EV) 시스템에서 발생하는 고조파 왜곡으로 인한 전체 시스템 반응을 평가하기 위해 불평형 고조파 분석(UBHA) 을 수행합니다. 

ETAP의 간소화된 전기 시스템 모델링 방식은 기존 장비(변압기, 필터 등)의 디지털 버전과 잠재적 솔루션 구성을 채택합니다. 현장 측정 고조파 데이터를 디지털 트윈 모델에 통합하여 분석을 검증하고 세부 조정할 수 있습니다. 이 솔루션은 전기 자동차 충전소의 설계 및 계산에 필요한 모든 전기 표준을 준수하는지 확인하는 데에도 도움이 됩니다. 

결과

향상된 운영 효율성 및 에너지 비용 절감

  • 고조파로 인한 손실을 줄이고 전반적인 전력 품질을 개선하여 에너지 절감량을 10% 늘렸습니다.
  • 장비 오작동 및 귀찮은 트리핑 등의 문제를 완화하여 차량 가동 시간을 20% 늘렸습니다.
  • 고조파에 노출되었을 때 과열을 방지하기 위한 더 나은 장비 솔루션을 식별하여 고조파의 영향을 줄여 전기 장비 손상을 줄였습니다.
  • IEEE 5/19/2022와 같은 업계 표준에서 정한 한도를 초과하는 전압 또는 전류 고조파 왜곡을 유발하는 구성 및 조건을 식별하고 완화합니다.
  • 정확한 디지털 트윈 모델을 사용하여 시스템 오작동을 예측하고 감지하는 지속적인 능력.

여기에서는 전력 품질이 중요한 이유와 전기 자동차에서 고조파가 발생하는 원인에 대해 살펴보겠습니다. 전력 품질은 귀하의 운영에 대한 숨은 위협이며, 비용이 발생합니다. 이는 장비의 신뢰성에 영향을 미치고, 장비의 수명에 영향을 미치며, 운영 효율성과 에너지 비용에도 영향을 미칩니다.

Nina Sadighi, PE, SMIEEE, Eradeh Power Consulting 창립자


ETAP을 사용하여 여러 시나리오를 만들어 시뮬레이션을 수행하고 불편형 부하 및 다양한 시스템 구성의 영향을 포함하여 다양한 운영 작동 조건에서 시스템 응답을 확인했습니다.

Deepika Tummala, ETAP 전기 엔지니어



동영상

ETAP-Spark-2024-Case-studies-Eradeh-Power-Consulting

How Unbalanced Harmonics from EV Charging Stations Impact Supply & Distribution Equipment

The escalating demand for fleet electrification across the U.S. presents a significant challenge to existing distribution infrastructure, necessitating EV charging management strategies to meet electrical energy demands and address power quality issues. Level 2 and Level 3 EV chargers, equipped with power electronic converters and PWM technology, generate non-sinusoidal currents, exacerbating power quality concerns at individual sites. The effect of rapid voltage changes (RVC) introduced by this equipment is also discussed. This case study features insights and observations from field-recorded measurements of unbalanced (per-phase) harmonic distortions at a site with over 300 electric van charging stations. The unbalanced harmonic analysis (UBHA) conducted by Eradeh Power Consulting using ETAP Software for the site, revealed distortion limits being exceeded for individual phase currents and voltages as well as power distribution equipment rating overloads (such as transformer K-rating and cable thermal limits). The presentation also discusses how unbalanced harmonic distortions calculated within the site and at the point of common coupling (PCC) can be mitigated using techniques such as the use of active / passive harmonic filters amongst others. 


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