Sistem inteligent de monitorizare a energiei: 3 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

Cererea de energie crește zi de zi. În prezent, consumul de energie electrică de la utilizatorii dintr-o zonă este monitorizat și calculat prin vizite frecvente pe teren efectuate de tehnicieni din departamentul de energie electrică pentru calcularea tarifului energetic. Aceasta este o sarcină care necesită mult timp, deoarece vor fi mii de case într-o zonă și numeroase apartamente în aceleași apartamente. Când vine vorba de un oraș sau un oraș, acesta este un proces foarte agitat. Nu există nicio dispoziție pentru a verifica sau analiza consumul individual de energie al caselor într-o perioadă de timp și nici pentru a crea un raport al fluxului de energie într-o anumită zonă. Acesta este cazul în multe locuri din lume.

Nu există soluții existente implementate pentru a aborda problema de mai sus. Prin urmare, dezvoltăm un sistem inteligent de monitorizare a energiei care va ușura inspecția, monitorizarea, analiza și calculul tarifului energetic. Sistemul STEMS va permite în plus generarea de diagrame și rapoarte specifice utilizatorului sau specifice zonei pentru a analiza consumul de energie și fluxul de energie.

Pasul 1: flux de lucru

Modulul STEMS cuprinde în principal modulul Seeedstudio Wio LTE căruia i se oferă un cod de utilizator unic pentru a identifica unitatea de carcasă specială în care trebuie măsurat consumul de energie. Consumul de energie va fi monitorizat de modulul Wio LTE cu ajutorul unui senzor de curent interfațat utilizând conexiunea analogică a grove-ului.

Datele privind consumul de energie, codul de utilizator unic și locația (GPS incorporat Wio / GNSS) ale modulului vor fi încărcate în cloud STEMS (găzduit la AWS) în timp real, folosind conectivitatea Wio LTE și Soracom Global SIM. Datele din cloud pot fi accesate și analizate pentru a calcula consumul individual de energie, pentru a genera diagrame individuale și colective de energie, pentru a genera rapoarte energetice și pentru inspecții energetice detaliate. Releele sunt, de asemenea, interfațate pentru a întrerupe aparatele conectate în cazul în care consumul de energie depășește limitele pragului. Un modul de afișare LCD poate fi integrat în modulul local STEMS pentru a afișa valorile de măsurare a energiei în timp real. Sistemul va funcționa independent dacă este atașată o sursă de alimentare portabilă, cum ar fi bateria cu celule uscate sau bateria Li-Po. Configurare Configurarea hardware-ului este descrisă mai jos:

STEMS Configurare hardware

S-a constatat că semnalul GPS era mai slab în interiorul clădirii. Dar odată ce modulele sunt mutate în exterior, vom începe să primim o recepție bună. Coordonatele GPS primite de la modul au fost comparate cu coordonatele GPS reale din Google Maps. S-a obținut o cantitate justă de precizie.

Puterea de la rețeaua de curent alternativ este extrasă și transmisă prin senzorul de curent care este integrat în circuitul de uz casnic. Curentul de curent alternativ care trece prin sarcină este detectat de modulul senzorului de curent al arboretului, iar datele de ieșire de la senzor sunt alimentate la pinul analogic al modulului WIO LTE. Odată ce intrarea analogică este recepționată de modulul WIO, măsurarea puterii / energiei se află în interiorul programului. Puterea și energia calculate sunt apoi afișate pe modulul de afișaj LCD.

În analiza circuitului de curent alternativ, atât tensiunea cât și curentul variază sinusoidal în timp.

Puterea reală (P): Aceasta este puterea utilizată de dispozitiv pentru a produce lucrări utile. Se exprimă în kW.

Puterea reală = Tensiunea (V) x Curentul (I) x cosΦ

Puterea reactivă (Q): Aceasta este adesea numită putere imaginară, care este o măsură a puterii oscilează între sursă și sarcină, care nu face nici o muncă utilă. Este exprimată în kVAr

Puterea reactivă = Tensiunea (V) x Curentul (I) x sinΦ

Puterea aparentă (S): este definită ca produsul tensiunii Root-Mean-Square (RMS) și a curentului RMS. Acest lucru poate fi definit și ca rezultat al puterii reale și reactive. Se exprimă în kVA

Putere aparentă = tensiune (V) x curent (I)

Relația dintre puterea reală, reactivă și cea aparentă:

Puterea reală = Puterea aparentă x cosΦ

Puterea reactivă = Puterea aparentă x sinΦ

Ne preocupă doar puterea reală pentru analiză.

Factor de putere (pf): Raportul dintre puterea reală și puterea aparentă într-un circuit se numește factor de putere.

Factor de putere = Putere reală / Putere aparentă

Astfel, putem măsura toate formele de putere, precum și factorul de putere, măsurând tensiunea și curentul din circuit. Următoarea secțiune discută pașii luați pentru a obține măsurătorile necesare pentru calcularea consumului de energie.

Ieșirea de la senzorul de curent este o undă de tensiune alternativă. Se fac următoarele calcule:

• Măsurarea tensiunii de vârf la vârf (Vpp)
• Împărțiți vârful la tensiunea de vârf (Vpp) la două pentru a obține tensiunea de vârf (Vp)
• Înmulțiți Vp cu 0,707 pentru a obține tensiunea RMS (Vrms)
• Înmulțiți sensibilitatea senzorului de curent pentru a obține curentul efectiv.
• Vp = Vpp / 2
• Vrms = Vp x 0,707
• Irms = Vrms x Sensibilitate
• Sensibilitatea pentru modulul curent este de 200 mV / A.
• Puterea reală (W) = Vrms x Irms x pf
• Vrms = 230V (cunoscut)
• pf = 0,85 (cunoscut)
• Irms = Obținut folosind calculul de mai sus

Pentru calcularea costului energiei, puterea în wați este convertită în energie: Wh = W * (timp / 3600000,0) Watt oră o măsură de energie electrică echivalentă cu un consum de energie de un watt pentru o oră. Pentru kWh: kWh = Wh / 1000 Costul total al energiei este: Cost = Cost per kWh * kWh. Informațiile sunt apoi afișate pe ecranul LCD și simultan scrise pe cardul SD.

Pasul 2: Testare

Deoarece testarea a fost făcută aproape de balcon, s-a obținut o cantitate echitabilă de recepție GNSS.

Pasul 3: Planuri de viitor

Va fi creată o aplicație pentru a accesa datele cloud STEMS pentru a monitoriza consumul de energie al utilizatorului în timp real și pentru a vizualiza sau genera rapoarte de analiză a energiei. Un upgrade la modulul STEMS se poate face cu ușurință datorită compatibilității Arduino IDE. Odată finalizat cu succes, acest modul poate fi produs pe piață și poate fi utilizat de furnizorii de servicii energetice din întreaga lume.