شارژر خودروهای برقی GBT AC: تأثیر شرایط شبکه بر فرآیند شارژ

شارژر خودروی برقی GBT AC چیست و چگونه با شبکه برق ارتباط برقرار می‌کند؟

شارژرهای GBT AC EV، که به عنوان سیستم‌های Guobiao/T نیز شناخته می‌شوند، جریان متناوب را از طریق ایستگاه‌های شارژ دیواری که امروزه در همه جا دیده می‌شوند به وسایل نقلیه برقی منتقل می‌کنند. نحوه کار آن‌ها در واقع خیلی جالب است - به جای اینکه خودشان جریان متناوب را به جریان مستقیم تبدیل کنند، این شارژرها به آنچه درون خودرو وجود دارد اتکا می‌کنند تا این تبدیل را انجام دهد. بیشتر مدل‌ها با راندمانی حدود 90 درصد کار می‌کنند که این عدد بسته به عوامل مختلف چند درصد بالا یا پایین می‌رود. چیزی که آن‌ها را متمایز می‌کند، نحوه نظارت بر تغییرات ولتاژ در زمان واقعی است. اگر ولتاژ افت یا افزایشی بیشتر از حدود 7 درصد نسبت به سطح استاندارد داشته باشد، شارژر به صورت خودکار نرخ خروجی خود را تنظیم می‌کند. بسیاری از مدل‌های جدیدتر دارای قابلیت اتصال به شبکه هوشمند هستند که امکان ارتباط دوطرفه بین خودرو و شبکه شرکت‌های تامین برق را فراهم می‌کند. این امر به برنامه‌ریزی شارژ در زمان‌هایی کمک می‌کند که تقاضای روی شبکه برق کمتر است. برخی از نصب‌های پیشرفته حتی به اینورترهای پنل خورشیدی و سیستم‌های باتری خانگی متصل می‌شوند و طبق گزارش انتشار یافته در سال گذشته با عنوان گزارش ادغام شارژ شبکه هوشمند، وابستگی به نیروگاه‌های سنتی را در زمان شارژ کاهش می‌دهند.

مشخصات فنی کلیدی شارژ AC GBT که بر واکنش‌پذیری شبکه تأثیر می‌گذارد

سه مشخصه اصلی سازگاری با شبکه را تعیین می‌کنند:

• اصلاح ضریب توان (PFC) : حفظ راندمان ≥0.95 به منظور کمینه کردن مصرف توان راکتیو
• تحمل ولتاژ : کار در محدوده 180–250 ولت به منظور جلوگیری از قطعی‌های ناشی از کاهش ولتاژ
• همگام‌سازی فرکانس : تطبیق با تغییرات 50 هرتز ±0.3 هرتز بدون قطع فرآیند شارژ

این پارامترها امکان بهره‌برداری هم‌زمان از 15 تا 20 دستگاه شارژر را بر روی ترانسفورماتورهای تجاری استاندارد فراهم می‌کند - توانایی‌ای حیاتی در شرایطی که نفوذ خودروهای برقی به 18 درصد در مراکز شهری ساحلی رسیده است.

نقش سطوح ولتاژ و ثبات فرکانس در بهره‌وری شارژ AC GBT

ثبات ولتاژ تأثیر زیادی بر سرعت انتقال انرژی دارد. وقتی ولتاژ به طور مداوم 8٪ پایین‌تر از سطح استاندارد 220 ولت باشد، در بیشتر موارد معمول موجب می‌شود زمان شارژ حدود 20٪ طولانی‌تر شود. مسئله دیگر نوسانات فرکانس است. اگر این نوسانات از محدوده ایمن ±0.4 هرتز خارج شوند، سیستم مکانیسم‌های حفاظتی قفل حلقه فاز (Phase Lock Loop) را فعال می‌کند. این امر در واقع جریان برق را به طور موقت متوقف می‌کند تا از بروز مشکلات در سیستم‌های مدیریت باتری جلوگیری شود. با توجه به داده‌های واقعی از مناطقی که در آن‌ها منابع انرژی تجدیدپذیر به‌صورت گسترده در شبکه توزیع شده‌اند، حدود 29٪ از تمام توقف‌های شارژ به دلیل ترکیبات ناپایدار ولتاژ و تغییرات فرکانس اتفاق می‌افتد. به همین دلیل نیازمند الگوریتم‌های بهتری هستیم که بتوانند ناهنجاری‌های شبکه را در عرض نیم ثانیه تشخیص داده و به آن‌ها واکنش نشان دهند تا از بروز مشکلات بزرگ‌تر جلوگیری شود.

تأثیر تغییرات ولتاژ و فرکانس بر عملکرد شارژ AC GBT

چگونگی تأثیر نوسانات ولتاژ بر سرعت شارژ و سلامت باتری

برای اینکه شارژرهای خودروهای برقی GBT AC به خوبی کار کنند، باید برق منظمی از شبکه دریافت کنند. اگر ولتاژ پایین‌تر از ۹۰٪ مقدار تعیین‌شده بیفتد، فرآیند شارژ به میزان ۱۲ تا ۱۸ درصد کند می‌شود، چون این دستگاه‌ها سیستم‌های حفاظتی دارند که در شرایط ناپایدار، قدرت را محدود می‌کنند. کار کردن طولانی‌مدت در ولتاژ پایین‌تر از حد معمول، به باتری‌های لیتیومی داخل خودروها آسیب می‌زند. مطالعه‌ای که سال گذشته منتشر شد نشان داد که پس از حدود ۵۰۰ سیکل شارژ در چنین شرایطی، مقاومت باتری تا ۲۲٪ افزایش پیدا می‌کند. همچنین مشکل نوسانات ناگهانی ولتاژ وجود دارد. وقتی ولتاژ برق از ۱۱۰٪ بیشتر می‌شود، بیشتر شارژرهای GBT AC (حدود سه چهارم آنها بر اساس بررسی‌های اخیر) کاملاً خاموش می‌شوند. این امر باعث می‌شود افرادی که در مناطقی با مشکل در پایداری شبکه زندگی می‌کنند، اغلب با قطعی‌های ناخواسته در هنگام شارژ کردن خودروهایشان مواجه شوند.

A تحلیل صنعت 2024 مشخص شده است که نمودارهای ولتاژ نامنظم باعث تسریع در کاهش ظرفیت باتری می‌شوند، به‌طوری‌که هر 100 ساعت عملکرد خارج از محدوده تحمل ±5% ولتاژ، 1.5% افت اضافی در ظرفیت باتری ایجاد می‌شود. سیستم‌های GBT AC مدرن اکنون مدارهای جبران‌کننده ولتاژ پویا را برای کاهش این اثرات در بر می‌گیرند، هرچند عملکرد آن‌ها بین تولیدکنندگان مختلف متفاوت است.

انحرافات فرکانس و تأثیر آن‌ها بر همگام‌سازی شارژر GBT AC

ثبات فرکانس شبکه برای همگام‌سازی شارژرهای GBT AC بسیار حیاتی است. انحرافات بیش از ±0.5 هرتز باعث می‌شود 92% از واحدها وارد حالت توان کاهش‌یافته شوند. در طول یک آزمون استرس‌دهی منطقه‌ای شبکه در سال 2023، افت فرکانس به 49.2 هرتز منجر به موارد زیر شد:

• 28% افزایش زمان شارژ برای شارژرهای GBT AC 7 کیلوواتی
• 15% افزایش در پرفورمانس هارمونیکی در پورت‌های شارژ
• 9% افزایش دمای ترانسفورماتورها به دلیل جبران توان راکتیو

پروتکل‌های تطبیق legacy در حین گذرهای گذرا، خطاهای ارتباطی بیشتری (سه برابر) نسبت به سیستم‌های مطابق با IEC 61851-1:2022 نشان دادند که اهمیت حفظ فرکانس در محدوده ±0/2 هرتز از مقدار نامی را برای عملکرد قابل اعتماد برجسته می‌کند.

مطالعه موردی: قطع‌های شارژ در شبکه‌های شهری با نفوذ بالای انرژی تجدیدپذیر

A تحلیل شبکه شهری 2024 پیگیری 1200 شارژر AC GBT در مناطق پرتوان شانگهای با غلظت بالای فتوولتائیک نشان داد:

نوسان 31% توان خورشیدی در روزهای ابری، باعث شد 42% از شارژرهای GBT AC به‌طور مکرر بین حالات سوئیچ کنند و فرسایش زودرس کنتاکتورها را به دنبال داشته باشد. پس از اجرای تنظیم هوشمند ولتاژ و استفاده از سیستم ذخیره‌سازی انرژی باتری (BESS)، منطقه موفق شد زمان توقف شارژرهای GBT AC را 78% کاهش دهد در حالی که از درصد بهره‌برداری از انرژی تجدیدپذیر در حد 66% نیز حمایت کند؛ نشان از راهکارهای مؤثر در شبکه‌های با درصد بالای انرژی تجدیدپذیر دارد.

چالش‌های ثبات شبکه در اثر افزایش استفاده از شارژرهای خودروی برقی GBT AC با توان بالا

تأثیر تجمیعی شارژرهای GBT AC بر بارگذاری ترانسفورماتورهای محلی

هنگامی که چندین شارژر خودروی برقی GBT AC در زمان‌های شلوغ به‌طور همزمان مورد استفاده قرار گیرند، اغلب مشکلاتی برای ترانسفورماتورهای برق محلی ایجاد می‌کنند. مطالعات نشان می‌دهند که گروه‌هایی که شامل هفت یا بیشتر شارژر سطح 2 با توان 7.4 کیلووات هستند، می‌توانند حدود 42 درصد از ترانسفورماتورها را به میزان 90 تا 120 درصد از ظرفیت عادی‌شان وادار به کار کنند، بر اساس پیش‌بینی‌های داده‌های بازار برای سال 2025. این نوع فشار باعث می‌شود که عایق‌بندی داخلی این ترانسفورماتورها سریع‌تر از بین بروید، تقریباً 15 تا 30 درصد سریع‌تر از حالت معمول. این مشکل در سیستم‌های برق قدیمی‌تر بدتر می‌شود. ترانسفورماتورهایی که دارای ظرفیت 50 کیلوولت آمپر هستند معمولاً در زمانی که مردم خودروهای خود را پس از ساعات کاری به برق متصل می‌کنند، با افزایش‌هایی در حدود 60 تا 75 کیلوولت آمپر مواجه می‌شوند و این امر چالش‌های قابل توجهی را برای بهره‌برداران شبکه در مدیریت این تقاضای در حال رشد ایجاد می‌کند.

راهکارهای متعادل‌سازی بار برای مناطقی با نفوذ بالای خودروهای برقی

الگوریتم‌های تعادل‌گذاری پویای بار که توان را بر اساس سلامت واقعی شبکه دوباره توزیع می‌کنند، ضروری هستند. 2024 شبکه هوشمند آزمایشی بازدهی ترانسفورماتور‌ها را با 38٪ کاهش بارهای اضافی به دلیل موکول کردن شارژ AC غیرضروری GBT به ساعات غیرپیک بهبود بخشید. استراتژی‌های کلیدی شامل:

• کنترل حساس به ولتاژ : کاهش خروجی شارژر به میزان 20–50٪ هنگامی که ولتاژ شبکه زیر 216 ولت قرار گیرد
• فعال‌سازی مراحل مختلف : زمان‌های شروع شارژر را در فواصل 8–15 دقیقه‌ای به صورت پلکانی تنظیم کنید
• آمادگی شبکه به وسیله خودرو (V2G) : جریان دوطرفه توان را فعال کنید تا به ثبات فرکانس کمک کند

تحلیل مباحثه: آیا شارژرهای AC GBT را در زمان‌های بحران شبکه محدود کنیم؟

در میان حامیان خودروهای برقی، مخالفت‌هایی در حال افزایش است در قبال برنامه‌هایی که قرار است شارژ AC GBT را در مواقع اضطراری محدود کند، عمدتاً به دلیل نگرانی از دسترسی عادلانه برای همه. شرکت‌های توزیع برق ادعا می‌کنند که اگر شارژ را فقط به مدت نیم ساعت در هنگام کاهش ولتاژ قطع کنند، ممکن است حدود 80٪ از آن قطعی‌های بزرگ برق که در شبکه گسترش می‌یابند، جلوگیری شود. اما مخالفان این دیدگاه اشاره به مشکلات واقعی دیگری نیز دارند. چرخه‌های جزئی شارژ باتری می‌توانند در واقع عمر باتری را پس از حدود 45 تا 60 بار شارژ، بین 4٪ تا 6٪ کاهش دهند. اتحادیه اروپا به نظر می‌رسد سعی در یافتن نقطه میانی دارد. قوانین جدید آنها در سال 2024 با عنوان استحکام شبکه، می‌گویند دستگاه‌های شارژ باید توان را حدود 40٪ کاهش دهند هر زمان که فرکانس برق پایین‌تر از حد نرمال (حدود 0.5 هرتز) بیاید. این رویکرد سعی دارد تا ثبات شبکه برق را حفظ کند و در عین حال کنترل شارژ را تا حدی در اختیار کاربران قرار دهد.

استانداردها و تحولات آینده شارژرهای خودروی برقی AC GBT در شبکه‌های هوشمند

مقايسه استانداردهاي ISO و IEC با GBT در مديريت نوسانات شبکه

شارژرهاي خودروي الکتريکي AC GBT با استانداردهاي چيني سازگار هستند که دامنه ولتاژ گسترده‌تري از 200 تا 450 ولت ارائه مي‌دهند و مي‌توانند نوسانات فرکانس را در محدوده مثبت و منفي 2 هرتز تحمل کنند. اين موضوع با چارچوب استانداردهاي ISO/IEC بسيار متفاوت است. در نگاهي به هارمونيک‌هاي شبکه، استاندارد IEC 61851-1 کنترل سفت‌تری را مي‌طلبد به‌گونه‌اي که ميزان تحریف هارمونيک کل (THD) بايد زير 5 درصد باشد. در همین حال، مشخصات GBT به توليدکنندگان انعطاف بيشتري مي‌دهد و THD تا 8 درصد را مجاز مي‌داند. اين تصميم طراحي، هزينه توليد را کاهش مي‌دهد اما مشکلاتي را هنگام اتصال اين شارژرها به سيستم‌هاي شبکه هوشمند اروپايي ايجاد مي‌کند. براساس تحقيقات منتشر شده در سال گذشته در ScienceDirect، اين تفاوت در استانداردها در سطح مناطق مختلف، سالانه حدود 740 ميليون دلار هزينه‌هاي اضافي را به شرکت‌ها تحميل مي‌کند. براي جلوگيري از چنين هدر دهيي در آينده، لزوماً بايد تغييراتي ايجاد شود.

شکاف‌های تعامل‌پذیری بین شارژرهای GBT AC و پروتکل‌های ارتباطی شبکه هوشمند

سه چالش کلیدی تعامل‌پذیری همچنان وجود دارد:

1. تاخیرهای ترجمه پروتکل : سیستم باس CAN GBT زمانی که با شبکه‌های مطابق با ISO 15118 ارتباط برقرار می‌کند، تاخیری بین 50 تا 200 میلی‌ثانیه ایجاد می‌کند
2. آسیب‌پذیری‌های امنیت سایبری : 38% از شارژرهای GBT فاقد رمزنگاری از انتها به انتها مورد نیاز IEC 62443-3-3 هستند
3. مدیریت پویای بار : تنها 12% از نصب‌های GBT از سیگنال‌های پاسخگویی به تقاضا در OpenADR 2.0b پشتیبانی می‌کنند

این شکاف‌ها مجبه به این می‌کنند که شرکت‌های توزیع، مبدل‌های پروتکل را نصب کنند و هزینه‌های زیرساختی را 120 تا 180 دلار به ازای هر کیلووات افزایش دهند، مطابق مطالعات اخیر ادغام.

آینده شارژ دوطرفه تحت استاندارد GBT: پتانسیل حمایت از شبکه

استاندارد جدید GB/T 18487.1-2023 انتقال دوطرفه انرژی را تا سطح 22 کیلووات فراهم می‌کند، به این معنی که خودروهای برقی می‌توانند در ثبات بخشی به شبکه برق در شرایط نوسانات فرکانس کمک کنند. برخی برنامه‌های آزمایشی در شاندونگ نشان داده‌اند که این خودروها می‌توانند با استفاده از آن برای متعادل کردن نوسانات تولید انرژی خورشیدی به راندمانی حدود 96 درصد دست یابند. این میزان حدود 14 درصد بهتر از سیستم‌های قدیمی‌تر شبکه به خودرو است. با این حال، پذیرش گسترده نیازمند حل مشکل فرسایش و سایش باتری است. بر اساس مطالعات اخیر به نظر می‌رسد که باتری‌ها در حالت کار دوطرفه نسبت به شارژ معمولی، پس از هر 1000 سیکل شارژ و دشارژ، بین 3 تا 5 درصد ظرفیت بیشتری از دست بدهند.

‫سوالات متداول‬

چارجر GBT AC EV چیست؟

شارژر خودروی برقی GBT AC، که به سیستم Guobiao/T نیز معروف است، جریان متناوب را برای شارژ خودروهای برقی فراهم می‌کند و به سیستم‌های داخلی خودرو برای تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم متکی است.

شارژرهای خودروی برقی GBT AC چگونه به شرایط شبکه الکتریکی واکنش نشان می‌دهند؟

شارژرهای خودروی برقی GBT AC خروجی خود را با توجه به نوسانات ولتاژ و فرکانس در شبکه تنظیم می‌کنند تا از کارایی شارژ و سلامت باتری اطمینان حاصل شود.

چه چالش‌هایی شارژرهای خودروی برقی GBT AC را در پایداری شبکه الکتریکی فرا می‌گیرد؟

استفاده گسترده از شارژرهای خودروی برقی GBT AC می‌تواند منجر به اضافه‌بار ترانسفورماتور و مشکلات در پایداری ولتاژ شود، که نیازمند استراتژی‌های پیشرفته متعادل‌سازی بار است.

شارژرهای خودروی برقی GBT AC با دیگر استانداردها چه تفاوتی دارند؟

استانداردهای GBT دامنه گسترده‌تری از ولتاژ و فرکانس را نسبت به ISO/IEC پوشش می‌دهند، که این امر باعث ایجاد چالش در سازگاری با شبکه‌های هوشمند در دیگر مناطق می‌شود.