MODELING G2V AND V2G OPERATIONS FOR ELECTRIC VEHICLES: AN ANALYSIS OF GRID IMPACT AND DYNAMIC PRICING. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF 202315210_Abir_Thesis_Book.pdf Restricted to Repository staff only until 25 January 2027. Download (4MB)

Arabic Abstract

الاسم الكامل : أميت حسن أبير عنوان الرسالة : نمذجة عمليات الشحن من الشبكة إلى المركبة ومن المركبة إلى الشبكة للمركبات الكهربائية: تحليل الأثر والتسعير الديناميكي التخصص : الهندسة الكهربائية تاريخ الدرجة العلمية : ديسمبر ٢٠٢٥ يقدّم هذا البحث إطارًا متكاملًا يتيح نمذجة وتحليل وتنسيق عمليات الشحن والتفريغ واسعة النطاق للمركبات الكهربائية داخل شبكات التوزيع. في البداية، تم تطوير نموذجٍ يصف عملية تزويد المركبة بالطاقة من الشبكة وعملية إرجاع الطاقة من المركبة إلى الشبكة، بحيث يشمل ديناميكيات محولات جانب الشبكة وجانب البطارية، وتطور حالة شحن البطارية، ومنطق الانتقال بين أوضاع التشغيل، وذلك لتحقيق إدارة دقيقة للطاقة ثنائية الاتجاه. بعد ذلك، تمت صياغة منهجية احتمالية لتقييم أثر المركبات الكهربائية على الشبكة باستخدام طريقة محاكاة مونتِه كارلو، بهدف التقاط أوجه عدم اليقين في حالة شحن البطارية، وكذلك عدم اليقين المكاني والعددي لوجود المركبات، مما يتيح تقييماً عشوائياً لمعاملات الشبكة مثل انحراف الجهد، وتحميل المحولات، وإجهاد المغذيات، وذلك عبر تحليل تدفق القدرة في شبكات التوزيع غير المتوازنة. وبناءً على نتائج هذا التقييم الاحتمالي، تم تطوير آلية تحسين ثنائية المستوى، حيث يستخدم المستوى الأعلى مؤشرات الإجهاد الاحتمالية لإنتاج إشارات تسعير خاصة بكل نقطة ربط بهدف الحد من إجهاد الشبكة. ويستجيب مستخدمو المركبات الكهربائية في المستوى الأدنى لهذه الإشارات من خلال تحسين جدول الشحن والتفريغ بما يضمن تعظيم العائد الاقتصادي لهم ضمن قيود حالة الشحن وقيود التنقّل. تم تنفيذ إطار النمذجة والتحسين المقترح على شبكة اختبار مكوّنة من ثلاث عشرة حافلة، والتحقق من نتائجه عبر بيئة محاكاة برمجية موحّدة. وتُظهر النتائج أن المنهج المقترح يُحسّن أداء شبكات التوزيع من خلال تقليل انحرافات الجهد، والحدّ من ازدحام الخطوط، وتقليل إجهاد المحولات، مع تعزيز الفوائد الاقتصادية للمستخدمين في الوقت نفسه. ويوفّر هذا البحث حلاً تشغيليًا لإدارة الشبكات المستقبلية الغنية بالمركبات الكهربائية من خلال نمذجة تفصيلية للمحوّلات، وتقييم احتمالي لأثر المركبات على الشبكة، وآلية تسعير ثنائية المستوى تراعي مؤشرات الإجهاد

English Abstract

Full Name : [Amit Hasan Abir] Thesis Title : [Modeling G2V and V2G Operations for Electric Vehicles: An Analysis of Grid Impact and Dynamic Pricing] Major Field : [Electrical Engineering] Date of Degree : [December 2025] The research presents an integrated framework which enables modeling, analysis and coordination of large-scale electric vehicle (EV) charging and discharging in distribution networks. At first, the G2V–V2G model was developed incorporating grid-side and battery-side converter dynamics, battery state-of-charge evolution and mode transition logic to perform accurate bidirectional power management. Then, a probabilistic grid-impact assessment was formulated using Monte Carlo simulation method to capture uncertainties in EV’s SoC, positional and numerical uncertainty enabling stochastic evaluation of grid parameters like voltage deviation, transformer loading and feeder stress through unbalanced distribution power-flow analysis. Based on the results of probabilistic assessment, a bilevel optimization mechanism was developed which uses the probabilistic stress indicators to create node-specific price signals for higher-level utility to reduce network stress. The lower-level EV users respond according to the price signal set by utility optimizing G2V–V2G schedule, maximizing their profit through SoC and mobility constraint. The integrated modeling and optimization framework was implemented on IEEE 13 Bus Test Network and validated through a unified simulation environment (MATLAB/Simulink). The research demonstrates that the proposed method delivers better distribution network performance by minimizing voltage deviations, line congestion and transformer stress while simultaneously enhancing user economic benefits. The research provides an operational solution for EV enriched grid management in future power distribution networks through detailed converter modeling, probabilistic grid impact assessment and stress-aware bilevel pricing.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	Muhammad, Al-Muhaini
Committee Co-Advisor:	Asif, Islam
Committee Members:	Muhammad, Abido
Depositing User:	AMIT ABIR (g202315210)
Date Deposited:	26 Jan 2026 05:49
Last Modified:	26 Jan 2026 05:49
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144052