Inteligentní systém monitorování energie: 3 kroky

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Poptávka po energii se každým dnem zvyšuje. V současné době je spotřeba elektrické energie od uživatelů v dané oblasti monitorována a vypočítávána častými návštěvami v terénu prováděnými techniky z elektroenergetického oddělení pro výpočet energetického tarifu. Jedná se o časově náročný úkol, protože v jedné oblasti budou tisíce domů a mnoho bytů. Pokud jde o město nebo obec, jedná se o velmi hektický proces. Neexistuje žádné ustanovení pro kontrolu nebo analýzu individuální spotřeby energie domů za určité časové období ani pro vytváření zprávy o toku energie v určité oblasti. To je právě případ mnoha míst na světě.

K řešení výše uvedeného problému nejsou implementována žádná stávající řešení. Proto vyvíjíme inteligentní systém monitorování energie, který usnadní inspekci, monitorování, analýzu a výpočet cen jízdného. Systém STEMS navíc umožní generování uživatelem nebo oblastí specifických tabulek a zpráv pro analýzu spotřeby energie a toku energie.

Krok 1: Pracovní postup

Modul STEMS obsahuje hlavně modul Seeedstudio Wio LTE, kterému je přidělen jedinečný uživatelský kód pro identifikaci konkrétní bytové jednotky, kde je třeba měřit spotřebu energie. Spotřeba energie bude monitorována modulem Wio LTE pomocí proudového senzoru propojeného pomocí analogového připojení.

Údaje o spotřebě energie, jedinečný uživatelský kód a umístění (vestavěný GPS/GNSS Wio) modulu budou nahrány do cloudu STEMS (hostovaného na AWS) v reálném čase pomocí připojení Wio LTE a Soracom Global SIM. K datům z cloudu lze přistupovat a analyzovat je k výpočtu individuální spotřeby energie, generování individuálních a kolektivních energetických diagramů, generování energetických zpráv a podrobné energetické inspekci. Relé jsou také propojena pro odpojení připojených spotřebičů v případě, že spotřeba energie překročí prahové limity. Modul LCD displeje může být integrován do místního modulu STEMS pro zobrazení hodnot měření energie v reálném čase. Systém bude fungovat samostatně, pokud je připojen přenosný zdroj energie, jako je suchá baterie nebo Li-Po baterie. Nastavení Nastavení hardwaru je znázorněno níže:

STEMS Nastavení hardwaru

Bylo zjištěno, že signál GPS je uvnitř budovy slabší. Ale jakmile se moduly přesunou ven, začneme mít dobrý příjem. Souřadnice GPS přijaté z modulu byly porovnány se skutečnými souřadnicemi GPS v Mapách Google. Bylo získáno značné množství přesnosti.

Napájení ze sítě střídavého proudu je odebíráno a vedeno proudovým senzorem, který je integrován do obvodu domácnosti. Modul senzoru proudu Grove snímá střídavý proud procházející zátěží a výstupní data ze senzoru se přivádějí na analogový pin modulu WIO LTE. Jakmile je analogový vstup přijat modulem WIO, měření výkonu/energie je uvnitř programu. Vypočtený výkon a energie se poté zobrazí na modulu LCD displeje.

Při analýze střídavých obvodů se napětí i proud mění sinusově v čase.

Skutečná síla (P): Toto je síla, kterou zařízení používá k výrobě užitečné práce. Udává se v kW.

Skutečný výkon = napětí (V) x proud (I) x cosΦ

Reaktivní výkon (Q): Tomu se často říká imaginární výkon, což je míra výkonu oscilujícího mezi zdrojem a zátěží, která nepůsobí užitečně. Je vyjádřena v kVAr

Jalový výkon = napětí (V) x proud (I) x sinΦ

Zdánlivý výkon (S): Je definován jako součin napětí Root-Mean-Square (RMS) a proudu RMS. To lze také definovat jako výslednici skutečného a jalového výkonu. Vyjadřuje se v kVA

Zdánlivý výkon = napětí (V) x proud (I)

Vztah mezi skutečnou, reaktivní a zdánlivou silou:

Skutečná síla = zdánlivá síla x cosΦ

Reaktivní výkon = zdánlivý výkon x sinΦ

Jsme znepokojeni pouze skutečnou silou pro analýzu.

Účiník (pf): Poměr skutečného výkonu ke zdánlivému výkonu v obvodu se nazývá účiník.

Účiník = skutečný výkon/zdánlivý výkon

Můžeme tedy měřit všechny formy výkonu i účiníku měřením napětí a proudu v obvodu. Následující část pojednává o krocích podniknutých k získání měření, která jsou nutná pro výpočet spotřeby energie.

Výstup ze snímače proudu je vlna střídavého napětí. Provedou se následující výpočty:

• Měření napětí mezi špičkami (Vpp)
• Rozdělte špičkové napětí na špičku (Vpp) dvěma, abyste získali špičkové napětí (Vp)
• Vynásobením Vp o 0,707 získáte efektivní hodnotu napětí (Vrms)
• Vynásobením citlivosti aktuálního senzoru získáte efektivní hodnotu.
• Vp = Vpp/2
• Vrms = Vp x 0,707
• Irms = Vrms x Citlivost
• Citlivost pro aktuální modul je 200 mV/A.
• Skutečný výkon (W) = Vrms x Irms x pf
• Vrms = 230 V (známé)
• pf = 0,85 (známé)
• Irms = Získáno pomocí výše uvedeného výpočtu

Pro výpočet nákladů na energii se výkon ve wattech převádí na energii: Wh = W * (čas / 3600000,0) Watt hod. Míra elektrické energie ekvivalentní spotřebě energie jeden watt po dobu jedné hodiny. Pro kWh: kWh = Wh / 1000 Celkové náklady na energii jsou: Náklady = Náklady na kWh * kWh. Informace se poté zobrazí na LCD displeji a současně se zapíší na kartu SD.

Krok 2: Testování

Jak bylo testování prováděno blízko balkonu, bylo získáno slušné množství příjmu GNSS.

Krok 3: Plány do budoucna

Bude vytvořena aplikace pro přístup ke cloudovým datům STEMS pro sledování spotřeby energie uživatelů v reálném čase a pro prohlížení nebo generování zpráv o energetické analýze. Upgrade na modul STEMS lze snadno provést díky kompatibilitě Arduino IDE. Po úspěšném dokončení může být tento modul vyroben na trhu a mohou jej používat poskytovatelé energetických služeb po celém světě.