Recently, the penetration of electric vehicles (EVs) has been expected to increase rapidly. From the power grid point of view, a large number of EVs could act as a large amount of load as well as energy storage. To avoid jeopardizing the stability of electric power grid, a charging mechanism for EVs should be properly managed. Many researchers have investigated centralized charging algorithms. However, to the best of our knowledge, none of them have discussed about the user satisfaction fairness among EV users. In this thesis, we propose two new metrics to represent the EV user satisfaction fairness. The metrics are used to define the satisfaction fairness among EV users.
To guarantee obtaining an optimal solution, we convert an non-linear optimization problem into a linear optimization problem through linear approximation. The linear optimization is a general model that can accommodate various satisfaction level metrics. We investigate a tradeoff between the user satisfaction fairness and the total cost of electricity for charging. Results show that we may need higher total electricity cost even with a smaller deviation of EV users` satisfaction, especially with higher fairness among EV users at a given time. Through the proposed scheme, EV users can achieve a much higher satisfaction level for almost all the times, compared to the conventional scheme. The proposed scheme can also ensure a higher level of battery state-of-charge (SOC).
To be more practical, we also propose a real-time charging scheme considering the satisfaction fairness. The real-time charging scheme can reduce the complexity of the system and it is more practical. We compare the performance of the 1-hr real-time charging scheme with the 24-hr optimization scheme.
We also evaluate the performance of the proposed charging scheme in diverse environments: apartment complexes, companies, and shopping malls. The results in different environments show the similar trend in terms of the satisfaction level and hourly progression of SOC. Finally, we propose different priority levels in the proposed user satisfaction metric among different EV user groups and show the feasibility on the prioritization of EV charging among EV charging user groups.
최근 들어 전기 자동차 보급률이 급격하게 증가할 것이라고 기대되고 있다. 엄청나게 많은 전기 자동차는 전력망에 매우 큰 부하로 작용할 수 있고 이는 전력망 안정성을 위태롭게 할 수 있다.전력망 안정성을 위해 전기 자동차 충전이 적절하게 제어되어야만 한다. 현재까지, 중앙 집중 충전 제어 알고리즘에 대해 많은 연구들이 나오고 있지만, 우리가 아는 바로는, 이러한 연구들 중에서 어떠한 것도 전기 자동차 사용자들 간 만족도 형평성을 다루고 있지 않는다. 본 석사학위 논문에서, 우리는 사용자 만족도 형평성 표현할 수 있는 새로운 측정 방법을 제안하고 이 방법을 사용하여 전기 자동차 사용자들간 만족도 형평성을 정의한다. 우리는 전기 자동차 사용자들 간 만족도 형평성의 차이를 최적화 문제에서 하나의 제약 조건으로 사용한다.
최적의 충전 해를 얻기 위해서, 우리는 비선형 최적화 문제를 선형 근사화 방법을 이용하여 선형 최적화 문제로 바꾸는 방법을 제안한다. 선형 최적화는 다양한 만족도 측정 방법들을 수용할 수 있는 일반적인 모델이다. 우리는 사용자 만족도 형평성과 전체 충전 전기 비용 간의 트레이드 오프 관계를 조사한다. 결과는 사용자들 만족도 차이를 작게 할수록, 즉 사용자들 간 만족도 형평성을 높게 할수록 전체 충전 전기 비용이 높아져야 한다는 것을 보인다. 제안하는 방법을 통해 전기 사용자 사용자들은 형평성을 고려하지 않는 방법과 비교했을 때보다 거의 모든 충전 시간 동안 높은 만족도를 달성할 수 있다. 그리고 제안하는 방법이 배터리 충전 상태를 보다 높은 것을 보장할 수 있다.
좀 더 실용적으로 사용하기 위해 우리는 만족도 형평성을 고려하는 실시간 충전 방법을 제안한다. 실시간 충전 방법은 시스템의 복잡도를 낮출 수 있고 좀 더 실용적이다. 우리는 24 시간 최적화 방법과 1시간 실시간 충전 방법의 성능을 비교한다.
또한, 우리는 다양한 충전 환경 (아파트 단지, 회사와 쇼핑몰)에서 제안하는 충전 방법의 성능을 평가한다. 마지막으로, 우리는 제안한 사용자 만족도 측정 방법에 서로 다른 우선권을 부여하는 방법을 제안하고, 서로 다른 우선권을 갖는 전기 자동차 사용자 그룹들 간에 우선권에 따라 충전이 이루어 지는 가능성을 보인다.
