Розробка системи автоматизованого керування електричними зарядними станціями для електромобілів

Abstract

У роботі представлено комплексний аналіз сучасних автоматизованих систем керування зарядною інфраструктурою для електромобілів. Досліджено особливості функціонування зарядних хабів у концепції Smart Grid, вимоги до протоколів передачі даних (OCPP, MQTT), а також принципи проєктування багатопортових систем змінного струму. Розглянуто архітектурні рішення силових кіл та методи цифрової взаємодії з інтелектуальними лічильниками електроенергії. На основі проведеного аналізу сформульовано технічне завдання та розроблено програмне забезпечення для промислового контролера (PLC) автоматизованої системи керування чотирма зарядними станціями. У процесі проєктування реалізовано алгоритм динамічного балансування навантаження (Dynamic Load Balancing) мовою Structured Text (ST) у середовищі CODESYS V3.5. Це забезпечує автоматичне регулювання струму заряджання для кожного транспортного засобу залежно від поточного ліміту ввідної потужності будівлі, запобігаючи перевантаженню електромережі. Інтерактивна HMI-візуалізація (WebVisu) забезпечує багаторівневий моніторинг стану системи: від контролю температури силових модулів до формування фінансової та екологічної звітності щодо споживання електроенергії та обсягів уникнених викидів CO₂. Запропоноване рішення характеризується високою масштабованістю, гнучкістю налаштування та повною готовністю до впровадження на об’єктах комерційної зарядної інфраструктури.

This work presents a comprehensive analysis of modern automated control systems for charging infrastructure for electric vehicles. It examines the operational characteristics of charging hubs within the Smart Grid concept, requirements for data transmission protocols (OCPP, MQTT), and the principles of designing multi-port AC systems. Architectural solutions for power circuits and methods of digital interaction with smart energy meters are considered. Based on the analysis, technical specifications were formulated and software was designed for the industrial controller (PLC) of the automatic control system for four charging stations. During the design process, a Dynamic Load Balancing algorithm was implemented using the Structured Text (ST) language in the CODESYS V3.5 environment. This ensures automatic adjustment of the charging current for each vehicle depending on the current building input limit, preventing network overload. The interactive HMI visualization (WebVisu) provides multi-level monitoring of the system’s status: from temperature control of power units to financial and environmental reporting on energy consumption and CO2 emissions avoided. The proposed solution is characterized by high scalability, flexible configuration, and full readiness for implementation at commercial charging infrastructure sites.