공동주택의 전기자동차 스마트 예약 충전시스템 실증 및 변압기 용량 한계 예측 :The Demonstration of Smart Reservation Charging Systems for Electric Vehicle in Apartment Complexes and a Prediction of the Transformer Capacity Limit

최옥만

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자료유형: 학위논문

저자정보: 최옥만 (숭실대학교, 숭실대학교 대학원)

지도교수: 김재철

발행연도: 2020

저작권: 숭실대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (6)

2020

공동주택 전기자동차 보급률 추정 및 전기자동차 충전 수요로 인한 변압기 용량 초과 시점 예측

최옥만 , 신중우 , 이형진 외 2명 대한전기학회 학술대회 논문집 2020.07 학술대회자료

Weibull 확률지 분석을 이용한 국내 전기자동차 보급률 추정에 관한 연구

최옥만 , 조휘만 , 신중우 외 2명 한국조명·전기설비학회 학술대회논문집 2020.07 학술대회자료

전기자동차 충전예약시스템 적용을 통한 피크 전력 개선방안 연구

최옥만 , 신중우 , 조휘만 외 2명 조명·전기설비학회논문지 2020.03 학술저널

공동주택의 전기자동차 스마트 예약 충전시스템 실증 및 변압기 용량 한계 예측

최옥만 전기공학과 2020.01 학위논문

2019

제주 전기자동차 충전인프라 실증단지 충전패턴을 고려한 공동주택 전력수요예측에 관한 연구

최옥만 , 김진수 , 이안기 외 2명 조명·전기설비학회논문지 2019.08 학술저널

2018

이동형 전기자동차 충전기 충전 데이터 분석 및 적용방안 연구

최옥만 , 김진수 , 이형진 외 2명 대한전기학회 학술대회 논문집 2018.11 학술대회자료

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최근 정부의 정책에 힘입어 전기자동차 보급이 꾸준히 증가하고 있다. 이처럼 전기자동차 보급 증가 시 공동주택에서 전기자동차의 보급·확산이 크게 나타날 것으로 예상된다. 공동주택에서 전기자동차의 보급이 증가할 경우 이에 따른 충전시설의 확충이 필요하다. 하지만 급속·완속 충전기는 공동주택에서 그 역할에 한계가 있을 수 있다.
우선 많은 전기자동차가 동시에 충전할 경우 변압기의 과부하 우려와 변압기 용량 증설의 문제가 있다. 그리고 전용 충전구역 설정과 설치 면적이 필요한 점이다. 주차난이 심한 공동주택에서 전용 충전구역 설정과 설치 면적 때문에 충전기 확충에 상당한 어려움이 예상된다. 또한, 충전기의 가격이 비싸고 충전기별 전력 간선 및 통신선로 배선에 따른 공사비가 많이 소요된다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여 충전전력분배제어 기능의 스마트 충전시스템으로 충전시설을 구성하였다. 그리고 스마트 충전시스템을 시범 아파트에 적용하여 성능을 실증하였다. 실증 분석 결과 스마트 충전시스템이 공동주택에서 효율적이고 경제적인 충전시설임을 확인하였다.
공동주택은 일반 전기부하 사용률이 높은 저녁 시간대에 전기자동차 충전이 많이 이루어진다. 따라서 충전전력으로 인한 최대수요전력 상승의 문제가 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여 본 논문에서는 스마트 예약 충전시스템을 제안하였다. 스마트 예약 충전시스템은 이용자가 충전을 원하는 시간대에 예약할 수 있게 함으로써 충전 최대수요전력을 분산할 수 있다. 스마트 예약 충전시스템의 적정성 검증을 위해 시범 아파트에 실증하였다. 실증한 결과 충전 최대수요전력이 20% 저감된 결과를 확인하였다. 그리고 충전 최대수요전력 시간대도 새벽 경부하 시간대로 이전하였음을 확인하였다.
그리고 전기자동차 보급 증가 시 충전을 위한 전원용량 확보 방안을 사전에 검토하여야 한다. 그래서 전기자동차 충전전력으로 인한 변압기 용량 한계 시점을 예측하는 사례연구를 시행하였다. 사례연구는 모델 아파트를 선정하여 스마트 충전시스템과 스마트 예약 충전시스템을 적용하였다. 아울러 사례연구에 실증 아파트에서 분석된 데이터도 적용하였다. 변압기 용량 한계 예측 방법은 충전 전력을 추정하여 기존 변압기 용량을 초과하는 시점을 평가하는 시뮬레이션으로 진행하였다.
마지막으로 모델 아파트의 충전시설과 충전기용 전원 설비의 적정 구성 방안을 제시하였다. 모델 아파트의 충전시설은 스마트 충전시스템과 스마트 예약 충전시스템으로 구성하여 적용하는 것을 제안하였다. 충전기용 전원 설비는 전기자동차 보급이 적은 경우 기존의 동력용 변압기에서 공급하도록 제안하고 전기자동차 보급 확대 시 전기자동차 충전을 위한 전용 변압기 설치를 제안하였다.

Recent government policy has led to an increase in electric vehicles. As this trend continues, more electric vehicles are being parked in apartment complexes, and more charging facilities are required. However, current rapid and slow chargers have limitations in their role in this trend.
First of all, when many electric vehicles are charged simultaneously, there are concerns about overloading and expanding transformer capacity. Also, more charging and installation areas are necessary. However, more space for chargers causes increased parking difficulties at apartments. Furthermore, charger and construction costs to install each power and communication line are high.
To solve these problems, smart charging systems are constructed with charged power distribution control functions and applied to pilot apartments to demonstrate their performance. Empirical analysis confirmed that the smart charging system is efficient and economical in the complex.
In most apartment complexes, people charge their vehicles in the evening during the high electricity load for general use. Charging power causes a problem of increasing the maximum power demand. This paper proposes a smart reservation charging system with distributing maximum power demand, which allows users to book for charging any time, and demonstrates the optimum of the charging systems. As the result, the maximum demand power for charging was reduced by 20% and the peak demand time has shifted to dawn, the light load time.
In addition, securing measures of the power capacity for charging are required to accomodate the increase of electric vehicles. Some case studies in model apartments predicted the time of transformer capacity limit caused by charging electric vehicles, and applied the smart charging and smart reservation charging system in some apartments. Also, the data from the demonstrated apartments are applied to this study. The method of estimating transformer capacity limits is carried out with simulation, estimate charging power and assess the transformer capacity exceeding timing.
Finally, this paper proposes the proper composition of charging facilities and power facilities for chargers in model apartment. Charging facilities of model apartments are suggested to be applied with a smart charging and smart reservation charging system. For the power facilities, existing power transformers are proposed for the low supply, and exclusive transformers are for the increase of electric vehicles.

#Electric Vehicle #EV charger #Charging infrastructure #Smart charging system #Reservation charging system #Transformer capacity limit

국문초록 ⅷ
영문초록 ⅹ
제 1 장 서 론 1
1.1 연구의 필요성 1
1.2 연구의 동향 및 방향 3
1.3 논문의 구성 5
제 2 장 전기자동차 충전기와 공동주택에서의
스마트 충전시스템 6
2.1 전기자동차 6
2.1.1 전기자동차의 종류 및 특징 7
2.1.2 전기자동차의 국내·외 보급 동향 및 예측 9
2.2 전기자동차 충전기의 개요 21
2.2.1 전기자동차 충전기의 종류 및 표준 21
2.2.2 국내 전기자동차 충전기의 보급 현황 25
2.3 스마트 충전시스템 27
2.3.1 스마트 충전기 27
2.3.2 스마트 충전시스템 30
제 3 장 공동주택에서 전기자동차 스마트 충전시스템
및 제안한 스마트 예약 충전시스템의 실증 36
3.1 공동주택 전기자동차 충전시설의 설치 기준 및 문제점 36
3.1.1 공동주택 전기자동차 충전시설의 설치 기준 36
3.1.2 공동주택 전기자동차 충전시설의 구성 38
3.1.3 공동주택에서 충전시설의 구성 시 고려사항 39
3.1.4 공동주택에서 급속·완속 충전기에 의한 충전시설의
문제점 및 대책 40
3.2 공동주택에서 스마트 충전시스템의 실증 및 분석 41
3.2.1 공동주택에서 스마트 충전시스템의 개요 41
3.2.2 공동주택에서 스마트 충전시스템의 실증 45
3.2.3 스마트 충전시스템 실증 결과 분석 55
3.3 제안한 스마트 예약 충전시스템의 실증 및 분석 60
3.3.1 제안한 스마트 예약 충전시스템의 개요 60
3.3.2 제안한 스마트 예약 충전시스템의 실증 65
3.3.3 제안한 스마트 예약 충전시스템의 실증 결과 분석 69
제 4 장 전기자동차 증가에 따른 변압기 용량 한계 예측
사례연구 및 충전시설 구성 방안 74
4.1 전기자동차 증가에 따른 변압기 용량 한계 예측 74
4.1.1 모델 아파트 선정 및 변압기 이용률 조사 75
4.1.2 전기자동차 증가에 따른 변압기 용량 한계 예측 알고리즘 76
4.1.3 전기자동차 증가에 따른 변압기 용량 한계 시점 예측 80
4.2 스마트 예약 충전시스템에 의한 변압기 용량 한계 예측 87
4.2.1 스마트 예약 충전시스템에 의한 변압기 용량 한계 시점
예측 및 연장 방법 87
4.2.2 스마트 예약 충전시스템에 의한 변압기 용량 한계
예측 결과 88
4.3 모델 아파트 충전시스템 및 전원 설비 구성 방안 95
4.3.1 모델 아파트 충전시스템 구성 방안 95
4.3.2 모델 아파트 충전시스템용 전원 설비 구성 방안 99
제 5 장 결 론 101
참고문헌 104
부 록 112

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