GBT AC EV töltő: A hálózati viszonyok hatása a töltésre

Mi az a GBT AC EV töltő, és hogyan kapcsolódik a villamos hálózathoz?

A GBT AC EV töltők, más néven Guobiao/T rendszerek, váltóáramot biztosítanak elektromos járművek számára azokon a falra szerelt töltőállomásokon keresztül, amelyeket manapság mindenütt láthatunk. Működésük tényleg meglehetősen érdekes – nem ők végzik az AC-DC átalakítást, hanem a jármű belsejében található berendezésre támaszkodnak e feladat elvégzéséhez. A legtöbb modell körülbelül 90%-os hatásfokkal működik, néhány százalékos eltérés lehetséges különböző tényezőktől függően. Ami még különösen megkülönbözteti őket, az az, hogy hogyan figyelik a feszültségváltozásokat valós időben. Ha a feszültség a szokásos szintekhez képest körülbelül 7%-nál nagyobb mértékben csökken vagy növekszik, a töltő automatikusan módosítja a kimeneti sebességét ennek megfelelően. A legtöbb újabb modell rendelkezik intelligens hálózati csatlakozási funkciókkal, amelyek lehetővé teszik a jármű és a közműhálózat közötti kétirányú kommunikációt. Ez segít abban, hogy a töltés jelentős részét a villamosenergia-hálózatra nehezedő kisebb terhelés idején ütemezzék. Egyes fejlett rendszerek napelem-inverterekhez és otthoni akkumulátorrendszerekhez is csatlakoznak, csökkentve ezzel a hagyományos erőművektől való függést, miközben a töltés a Smart Grid Charging Integration Report című, múlt évben megjelent tanulmány szerinti módon történik.

A GBT váltakozó áramú töltés kulcsfontosságú műszaki jellemzői, amelyek befolyásolják a hálózati reakcióképességet

Három alapvető műszaki jellemző szabályozza a hálózati kompatibilitást:

• Teljesítménytényező-korrekció (PFC) : ≥0,95-ös hatásfok fenntartásával minimalizálja a meddő teljesítményterhelést
• Feszültség-tűrőképesség : 180–250 V tartományban működik a feszültséscsökkenésből fakadó leválasztások elkerülése érdekében
• Frekvencia szinkronizáció : 50 Hz ±0,3 Hz frekvenciatartományhoz alkalmazkodik a töltési ciklus megszakítása nélkül

Ezek a paraméterek lehetővé teszik, hogy 15–20 töltő egység csoportja egyszerre működjön a szabványos kereskedelmi transzformátorokon – ez kritikus képesség, amint az elektromos járművek aránya eléri a 18%-ot a partmenti városi központokban.

A feszültségszintek és frekvencia stabilitás szerepe a GBT váltakozó áramú töltési hatékonyságában

A feszültség stabilitása nagyban befolyásolja az energiaátvitel sebességét. Amikor a feszültség állandóan a szabványos 220 V-tól számított 8%-kal alacsonyabb, az többnyire a töltési idő körülbelül 20%-kal történő meghosszabbodását eredményezi. Ezen felül problémát jelentenek a frekvenciaingadozások is. Amennyiben azok a biztonságos ±0,4 Hz-es tartományon kívülre esnek, a rendszer aktiválja az ún. fáziszáró hurkok védelmi mechanizmusait. Ez tulajdonképpen ideiglenesen megállítja a teljesítményátvitelt, hogy elkerülje a problémákat az akkumulátorkezelő rendszerekkel. A valós térbeli adatokat figyelembe véve azokból a területekből, ahol a megújuló energiaforrások jelentősek és szétszórtan helyezkednek el a hálózatban, a töltési megszakítások körülbelül 29%-a visszavezethető a feszültségszintek és frekvenciaváltozások instabil kombinációira. Ezért kifejezetten szükség van olyan fejlettebb algoritmusokra, amelyek képesek ezekre a hálózati szabálytalanságokra fél másodpercen belül érzékelni és reagálni, mielőtt komolyabb problémák lépnének fel.

A feszültség- és frekvenciaingadozások hatása a GBT váltakozó áramú töltési teljesítményére

A feszültségingadozások hatása a töltési sebességre és az akkumulátor állapotára

Ahhoz, hogy a GBT AC elektromos járműtöltők a legjobb teljesítményt nyúják, stabil áramellátást igényelnek a hálózattól. Ha a feszültség a szintje 90%-a alá esik a megadott értéknek, akkor a töltési folyamat 12 és 18 százalékkal lelassul, mivel ezek az eszközök beépített védelmi mechanizmussal rendelkeznek, amely korlátozza a teljesítményt, ha a körülmények túl instabillá válnak. A hosszabb ideig tartó, a normálisnál alacsonyabb feszültségen való üzemeltetés ténylegesen károsítja a járművekben található lítiumion-akkumulátorokat. Egy tavaly megjelent kutatás szerint körülbelül 500 ilyen töltési ciklus után az akkumulátorok belső ellenállása akár 22%-kal is növekedhet. Emellett ott van a hirtelen feszültségugrások problémája is. Amikor az áram feszültsége meghaladja a 110%-ot, a GBT AC töltők közül a legtöbb (a legutóbbi felmérések alapján négyből hármat képvisel) egyszerűen teljesen leállítja magát. Ez azt jelenti, hogy azok az emberek, akik olyan területeken élnek, ahol a hálózati stabilitás problémát jelent, gyakran frusztráló megszakításokkal néznek szembe, miközben próbálják töltetni az autóikat.

A 2024-es ipari elemzés a rendellenes feszültségprofilok gyorsított akkumulátor-kapacitásvesztést okoznak, további 1,5%-os degradációval 100 működési óránként, amennyiben a feszültség a ±5% toleranciasávon kívül működik. A modern GBT váltakozó áramú rendszerek már dinamikus feszültségkompenszációs áramköröket tartalmaznak ezeknek a hatásoknak a csökkentésére, bár a teljesítmény gyártónként eltérő.

Frekvenciaeltérések és hatásuk a GBT váltakozó áramú töltők szinkronizációjára

A hálózati frekvencia stabilitása kritikus fontosságú a GBT váltakozó áramú töltők szinkronizációjához. A ±0,5 Hz-es eltéréseknél 92% egységei lépnek be csökkentett teljesítményű módba. Egy 2023-as regionális hálózati terhelési teszt során a frekvencia 49,2 Hz-re esett, amelynek eredményeként:

• 28%-kal hosszabb töltési idő a 7 kW-os GBT váltakozó áramú töltőknél
• 15%-os növekedés a harmonikus torzításban a töltőportoknál
• 9%-kal magasabb transzformátorhőmérséklet a meddő teljesítmény-kompenzáció miatt

A régi szinkronizációs protokollok háromszor annyi kommunikációs hibát mutattak tranziensek alatt, mint az IEC 61851-1:2022 szabványnak megfelelő rendszerek, hangsúlyozva annak fontosságát, hogy a frekvencia a névleges érték ±0,2 Hz tartományán belül maradjon a megbízható üzemelés érdekében.

Esettanulmány: Töltési megszakítások városi hálózatokban magas megújuló energia arány mellett

A 2024-es Városi Hálózat Elemzés 1200 darab GBT váltakozó áramú töltőberendezést követett nyomon Sanghaj napelemekkel bővelkedő kerületeiben, az alábbi eredményekkel:

A 31%-os napelemes teljesítmény-ingadozás felhős idő alatt a töltők 42%-ának állapotváltásait okozta, ami gyorsította az érintkezők kopását. Az intelligens feszültségszabályozás és akkumulátoros energiatároló rendszer (BESS) bevezetését követően a kerület 78%-kal csökkentette a GBT váltakozó áramú töltők állásidejét, miközben a megújuló energiafelhasználás 66% maradt – ezzel hatékony megoldást demonstrálva a magas megújuló energiatartalmú hálózatok számára.

Hálózati stabilitás kihívásai magas GBT váltakozó áramú EV töltőelterjedtség esetén

A GBT AC töltők összegzett hatása a helyi transzformátorok terhelésére

Amikor több GBT AC elektromos járműtöltőt is használnak egyszerre csúcsidőszakban, ezek gyakran problémákat okoznak a helyi áramtranszformátorok számára. Tanulmányok szerint azok a csoportok, amelyekben hét vagy több 7,4 kW-os 2. szintű egység található, a transzformátorok körülbelül 42 százalékát terhelhetik 90 és 120 százaléka közötti kapacitáson a Market Data Forecast 2025-ös előrejelzései szerint. Ez a fajta terhelés gyorsabban bontja le a transzformátorok belsejében található szigetelést, körülbelül 15-30 százalékkal gyorsabban a szokásosnál. A probléma még súlyosabb régebbi villamos hálózatokban. Az 50 kVA névleges teljesítményű transzformátorok általában 60-75 kVA teljesítményszintű túlterhelést tapasztalnak, amikor az emberek munka után otthon dugják be autóikat, ez pedig jelentős kihívásokat jelent a hálózatüzemeltetők számára e növekvő igény kezelésére.

Terheléselosztási stratégiák magas EV-elfogadottságú városrészek számára

A dinamikus terheléselosztási algoritmusok, amelyek az aktuális hálózati állapot alapján újraparticionálják az energiát, elengedhetetlenek. Egy 2024-es okos hálózati próbagyakorlat 38%-kal csökkentette a transzformátor túlterheléseket a nem sürgős GBT AC töltés időszakos elhalasztásával. A kulcsstratégiák a következők:

• Feszültségérzékeny szabályozás : A töltő teljesítményének csökkentése 20–50%-kal, ha a hálózati feszültség 216 V alá esik
• Fázisok szerinti indítás : A töltők indítási időpontjainak 8–15 perces intervallumokban történő eltolása
• Jármű-hálózat (V2G) kompatibilitás : A kétirányú energiaáramlás lehetővé tétele a frekvencia stabilitásának segítésére

Vitaanalízis: Korlátozni kellene-e a GBT AC töltőket hálózati túlterheltség esetén?

Az elektromos járművek hívei között egyre nagyobb az ellenállás azokkal a tervekkel szemben, amelyek korlátoznák a GBT váltakozó áramú töltést vészhelyzetekben, főként az egyenlő hozzáférés miatti aggodalmakból fakadóan. Az energiaszolgáltatók szerint ha a feszültségesések alatt mindössze fél órára felfüggesztenék a töltést, az megakadályozná a hálózatban terjedő nagy áramkimaradások körülbelül 80%-át. Ugyanakkor az ellenzők rámutatnak a valós problémákra is. A részleges akkumulátor-töltési ciklusok valójában 4% és 6% között rövidíthetik az akkumulátor élettartamát, például 45 és 60 alkalom után. Az Európai Unió látszólag középutat keres. Az új 2024-es hálózati biztonsági szabályok szerint a töltőállomásoknak csökkenteniük kell a teljesítményt kb. 40%-kal, amikor az elektromos hálózat frekvenciája a normál szint alá süllyed (kb. 0,5 Hz alá). Ez a megközelítés a villamosenergia-hálózat stabilitását próbálja fenntartani, miközben biztosítja a felhasználók töltési igényeinek bizonyos mértékű kontrollálhatóságát.

GBT váltakozó áramú elektromos járműtöltők szabványai és jövőbeli fejlődése az intelligens hálózatokban

Az ISO és az IEC szabványok összehasonlítása a GBT-vel a hálózati ingadozások kezelésében

A GBT AC EV töltők a kínai szabványokhoz igazodnak, amelyek 200 és 450 V közötti szélesebb feszültségtartományt kínálnak, és képesek a frekvenciaingadozások elviselésére ±2 Hz-en belül. Ez meglehetősen eltér a ISO/IEC szabványrendszerben megfigyelhetőtől. A hálózati harmonikusokat nézve az IEC 61851-1 szabvány szigorúbb kontrollt ír elő, a teljes harmonikus torzítás (THD) 5% alatti értékével. Eközben a GBT specifikáció akár 8% THD-t is megenged a gyártók számára. Ez a tervezési döntés csökkenti a gyártási költségeket, de fejfájást okoz, amikor ezeket a töltőket az európai intelligens hálózatokhoz próbálják csatlakoztatni. Az múlt évben a ScienceDirecten közzétett kutatások szerint ezek a térségek közötti eltérő szabványok évente körülbelül 740 millió dollár értékű felesleges kutatási és fejlesztési munkát eredményeznek. Ha el akarjuk kerülni az ilyen típusú pénzügyi pazarlást, akkor valamit változtatni kell.

Interoperabilitási hézagok a GBT váltakozó áramú töltők és az intelligens hálózatok kommunikációs protokolljai között

Három fő interoperabilitási kihívás maradt fenn:

1. Protokollátalakítási késleltetések : A GBT CAN busz rendszere 50–200 ms késleltetést okoz, amikor ISO 15118 szabványnak megfelelő hálózatokkal kommunikál
2. Kibertitkossági résegek : A GBT töltők 38%-a nem rendelkezik az IEC 62443-3-3 szabvány által előírt végpontok közötti titkosítással
3. Dinamikus terheléskezelés : A GBT telepítések csupán 12%-a támogatja az OpenADR 2.0b keresletválasz jeleket

Ezek a hézagok kényszerítik a szolgáltatókat arra, hogy protokollkonvertereket alkalmazzanak, ami 120–180 USD/kW költségnövekedést jelent az infrastruktúra kiépítésében, a legutóbbi integrációs tanulmányok szerint.

A kétirányú töltés jövője a GBT alatt: Potenciál a hálózattámogatásban

Az új GB\/T 18487.1-2023 szabvány kétirányú villamosenergia-átvitelt engedélyez legfeljebb 22 kW-os teljesítménynél, ami azt jelenti, hogy az elektromos járművek valójában segíthetnek a villamosenergia-hálózat stabilitásának fenntartásában a frekvenciaingadozások idején. Shandong tartományban folyó tesztprogramok azt mutatták, hogy ezek a járművek körülbelül 96%-os hatékonyságot érnek el, amikor a napenergia-termelés ingadozásainak kiegyensúlyozására használják őket. Ez körülbelül 14 százalékponttal haladja meg a régebbi jármű-hálózat (V2G) rendszerek által elérhető hatékonyságot. Ennek ellenére a széles körű elfogadás érdekében meg kell oldani a problémát a jelentős akkumulátor-öregedéssel. A legutóbbi tanulmányok alapján úgy tűnik, hogy az akkumulátorok 3-5%-kal nagyobb kapacitásvesztesést szenvednek minden 1000 töltési-kisütési ciklus után, ha ezt a kétirányú módban használják őket, ahelyett, hogy csak normál töltést végeznének.

GYIK

Mi az a GBT AC EV töltő?

A GBT AC EV töltő, más néven Guobiao/T rendszer, váltakozó áramot biztosít az elektromos járművek töltéséhez, és a jármű belső rendszereire támaszkodik az AC áram egyenáramúvá (DC) alakításához.

Hogyan reagálnak a GBT AC EV töltők a hálózati körülményekre?

A GBT AC EV töltők a hálózati feszültség- és frekvencia-ingadozásokra módosítva állítják be a kimenetüket, ezzel fenntartva a töltési hatékonyságot és az akkumulátor állapotát.

Milyen kihívásokkal néznek szembe a GBT AC EV töltők a hálózati stabilitás terén?

A GBT AC EV töltők széleskörű elterjedése transzformátor-túlterheltséghez és feszültségszabályozási problémákhoz vezethet, ami az előrehaladott terheléselosztási stratégiák alkalmazását teszi szükségessé.

Miben különböznek a GBT AC EV töltők más szabványoktól?

A GBT szabványok tágabb feszültség- és frekvenciatartományt engedélyeznek az ISO/IEC-hez képest, ami a régiókban használt intelligensebb hálózatokkal való kompatibilitási kihívásokat eredményezhetnek.