SINTEF-metode kan gjøre hurtiglading mer skånsom for strømnettet

Hurtigladere for elbiler og elektrisk tungtransport stiller stadig større krav til strømnettet. Når effekten øker, kan også de elektriske forstyrrelsene fra ladeutstyret bli en utfordring. Nå har forskere ved SINTEF Energi utviklet en metode som kan redusere problemet betydelig.

I en datasimulering reduserte forskerne den totale harmoniske forvrengningen fra 32,6 til 2,2 prosent. Metoden er utviklet gjennom forskningsprosjektet MegaCharge og ble presentert på en internasjonal fagkonferanse i Japan i juni. Resultatene er også publisert i det vitenskapelige tidsskriftet IEEE.

– Denne forskningen gir et nyttig bidrag til hvordan vi kan få til et godt ladetilbud langs veiene, også for tungtransport, sier forskningsleder Bendik Nybakk Torsæter i SINTEF Energi.

Han leder MegaCharge-prosjektet, som har arbeidet med løsninger for å håndtere de elektriske utfordringene som følger med kraftig ladeinfrastruktur.

Forstyrrelser kan belaste transformatorer

Når en hurtiglader lader et elbilbatteri, må den omforme vekselstrøm fra nettet til likestrøm. Denne prosessen skjer ved hjelp av kraftelektronikk, og kan føre til at laderen trekker strøm i ujevne pulser i stedet for en jevn sinusform.

Slike strømforstyrrelser kalles harmoniske strømmer. Når de beveger seg gjennom nettet, kan de føre til harmonisk spenningsforvrengning. Resultatet kan bli dårligere spenningskvalitet, økte energitap og ekstra oppvarming i blant annet transformatorer.

Utfordringen kan bli særlig merkbar når mange ladere kobles til samme nettområde. Det gjelder også hurtigladestasjoner for tungtransport, der effektbehovet kan være høyt samtidig som den lokale nettkapasiteten er begrenset.

Dersom forstyrrelsene blir for store, kan det bli nødvendig med ekstra utstyr for å forbedre spenningskvaliteten. Det kan øke kostnadene ved etablering av nye ladestasjoner.

Vil bruke batteriet til mer enn energilagring

Den nye SINTEF-metoden bygger på at ladestasjonen har et tilknyttet batterilager. Slike batterier brukes allerede til å redusere effekttopper og begrense belastningen på strømnettet når flere kjøretøy lader samtidig.

Forskerne vil utnytte kraftelektronikken i batterisystemet til også å kompensere for harmoniske strømforstyrrelser. Batteriet kan dermed få en tilleggsfunksjon: Det skal ikke bare lagre energi og levere effekt, men også bidra til bedre strømkvalitet.

Metoden skiller seg fra tradisjonelle løsninger ved at den forsøker å kompensere for et bredere spekter av harmoniske komponenter, i stedet for å rette seg mot et begrenset antall bestemte frekvenser.

Øyvind Mjanger i Pixii, som leverer batterisystemer og deltar i MegaCharge, peker på at hurtigladere stadig blir kraftigere, mens de ofte kobles til transformatorer som ikke opprinnelig er dimensjonert for denne typen belastning.

Når batterisystemet også kan forbedre strømkvaliteten, kan det ifølge Mjanger bli mulig å etablere mer ladeeffekt uten først å bygge om hele nettilknytningen.

Det er likevel for tidlig å fastslå hvor store besparelser løsningen kan gi i konkrete prosjekter. Det vil blant annet avhenge av ladeutstyret, batterisystemet og forholdene i det lokale strømnettet.

Laboratorietesting er neste steg

Så langt er metoden undersøkt i en datasimulering med en bestemt type omformer, en såkalt diodelikeretter. Denne er enkel og robust, men kan gi betydelige strømforstyrrelser.

Neste steg er å teste løsningen på fysisk utstyr i laboratoriet. Dette skal skje gjennom B-READY, et nytt forskningsprosjekt som utvikler neste generasjons batterisystemer for blant annet forsyningssikkerhet og mer fleksibel drift av kraftsystemet.

MegaCharge-prosjektet har vart fra 2024 til 2026, mens B-READY skal pågå fra 2026 til 2028.

Dersom metoden også fungerer i praktiske tester, kan den bli interessant for ladeoperatører, elektroentreprenører og nettselskaper som arbeider med nye hurtigladestasjoner. Særlig aktuelt kan det være ved etablering av ladeanlegg for tungtransport, der høyt effektbehov og begrenset nettkapasitet kan gjøre nettilknytningen krevende.

Foreløpig gjenstår imidlertid laboratorietestene før man vet hvor godt metoden fungerer i et reelt ladeanlegg.

Kilde: SINTEF Energi. Forskningsresultatene er publisert i IEEE-artikkelen «A Wideband Harmonic Compensation Method for Distributed Converters».