IEEE 14-Baralı Sistemde Fotovoltaik-Hibrit Batarya ve Elektrikli Araç Şarj İstasyonu Entegrasyonuna Dayalı Enerji Yönetimi

Abstract

Bu çalışma, dağıtık enerji sistemlerine yenilenebilir enerji kaynaklarının entegrasyonu bağlamında elektrikli araçlar (EV) için hibrit şarj altyapısının tasarım ve analizini sunmaktadır. Model, IEEE 14-baralı standart güç sistemi üzerine kurulmuş olup fotovoltaik (PV) paneller, lityum-iyon batarya ve süperkapasitör (SC) içeren çok kaynaklı bir enerji sistemi olarak yapılandırılmıştır. Simülasyonlar MATLAB/Simulink ortamında gerçekleştirilmiş ve sistemin dinamik davranışları ayrıntılı olarak analiz edilmiştir. PV sistemi, gündüz saatlerinde birincil enerji üretim birimi olarak görev yaparken; SC, ani yük değişimlerine hızlı tepki kabiliyeti sayesinde gerilim düzenlemesini destekler; lityum-iyon batarya ise enerji sürekliliğini sağlamak için devreye girer.Sonuçlar, sistemin hem enerji üretimi hem de yük dengeleme açısından yüksek performans sergilediğini ve şebeke üzerindeki olumsuz etkileri azalttığını göstermektedir. Ayrıca, batarya şarj durumu (SOC), akım, gerilim ve güç gibi ana parametrelerin zamanla değişimleri incelenerek sistem kararlılığı ve tepki özellikleri değerlendirilmiştir. Bu çerçevede, sistemin IEEE 14-baralı ağdaki tüm baralar üzerindeki etkisi incelenmiş ve optimize edilmiş enerji akışı dağılımı, azalmış gerilim dalgalanmaları ve artırılmış şebeke kararlılığı gibi önemli faydalar sağlanmıştır. Sonuç olarak, geliştirilen model sürdürülebilir ve esnek şarj altyapılarının tasarımı için önemli bir örnek teşkil etmektedir.

Keywords

• Şarj istasyonu
• lityum-iyon batarya
• süper kondansatör
• IEEE 14-baralı sistem
• hibrit enerji depolama

Energy Management Based on PV-Hybrid Battery and EV Charging Station Integration in the IEEE 14-Bus System

Abstract

This study presents the design and analysis of a hybrid charging infrastructure for electric vehicles in the context of integrating renewable energy sources into distributed energy systems. The model is established on the IEEE 14-bus standard power system and is configured as a multi-source energy structure, comprising photovoltaic (PV) panels, a lithium-ion battery, and a supercapacitor (SC). Simulations were conducted in the MATLAB/Simulink environment, and the dynamic behaviors of the system were analyzed in detail. The PV system serves as the primary energy generation unit during daytime hours; the supercapacitor supports voltage regulation through its fast-response capability to sudden load variations; and the lithium-ion battery is activated to ensure energy continuity.The results demonstrate that the system exhibits high performance in both energy generation and load balancing, while mitigating adverse effects on the grid. Moreover, the time-dependent variations of key parameters, including battery state of charge (SOC), current, voltage, and power, were analyzed to evaluate system stability and response characteristics. Within this framework, the impact of the system on all buses in the IEEE 14-bus network was examined, providing significant benefits such as optimized energy flow distribution, reduced voltage fluctuations, and enhanced grid stability. Consequently, the developed model constitutes an important example for the design of sustainable and flexible charging infrastructures.

Keywords

• Charging station
• lithium-ion battery
• super capacitor
• IEEE 14-bus system
• hybrid energy storage

References

1. International Energy Agency, Global EV Outlook 2024, IEA, Paris, France, 2024. [Online]. Available: https://www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2024, Paris, 2024.
2. Z. Tüfek, Yenilenebilir enerji santralleri dahil olan güç sistemlerinde depolama teknolojilerinin kıyaslanması, Yüksek Lisans Tezi, Bozok Üniversitesi, Yozgat, Türkiye, Aralık 2024.
3. A. Aljumah, A. Darwish, D. Csala, and P. Twigg, “A review on the allocation of sustainable distributed generators with electric vehicle charging stations,” Sustainability, 16(15), 6353, 2024.
4. A. Shahsavari and M. Akbari, “Potential of solar energy in developing countries for reducing energy-related emissions,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, 90, 275–291, 2018.
5. M. S. Ismail, M. Moghavvemi, and T. M. I. Mahlia, “Techno-economic analysis of an optimized photovoltaic and diesel generator hybrid power system for remote houses in a tropical climate,” Energy Conversion and Management, 69, 163–173, 2013.
6. M. S. Elnozahy and M. M. Salama, “Technical impacts of grid-connected photovoltaic systems on electrical networks—A review,” Journal of Renewable and Sustainable Energy, 5(3), 032732, 2013.
7. Z. Tüfek and E. Çetin, “Investigation of the power system including PV, super capacitor and lithium-ion storage technologies under BLDC motor load,” Battery Energy, 4(6), e70034, 2025.
8. S. Kotra and M. K. Mishra, “A supervisory power management system for a hybrid microgrid with HESS,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, 64(5), 3640–3649, 2017.

9. S. Cheikh-Mohamad, M. Sechilariu, F. Locment, and Y. Krim, “PV-powered electric vehicle charging stations: Preliminary requirements and feasibility conditions,” Applied Sciences, 11(4), 1770, 2021.
10. F. F. Ahmad, O. Rejeb, A. K. Hamid, M. Bettayeb, and C. Ghenai, “Performance analysis and planning of self-sufficient solar PV-powered electric vehicle charging station in dusty conditions for sustainable transport,” Transportation Research Interdisciplinary Perspectives, 27, 101214, 2024.