Pametni sistem za spremljanje energije: 3 koraki

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Povpraševanje po energiji se iz dneva v dan povečuje. Trenutno porabo električne energije uporabnikov na določenem območju spremljajo in izračunavajo pogosti obiski na terenu, ki jih opravijo tehniki iz oddelka za električno energijo za izračun cene vozovnice za energijo. To je dolgotrajno opravilo, saj bo na tem območju na tisoče hiš in številna stanovanja v istih stanovanjih. Ko gre za mesto ali kraj, je to zelo naporen proces. Ni določb za preverjanje ali analizo posamezne porabe energije hiš v določenem časovnem obdobju niti za izdelavo poročila o pretoku energije na določenem območju. Tako je povsod po svetu.

Obstoječe rešitve za reševanje zgornje težave niso izvedene. Zato razvijamo pameten sistem za spremljanje energije, ki bo olajšal pregled, spremljanje, analizo in izračun cene vozovnice za energijo. Sistem STEMS bo dodatno omogočil ustvarjanje grafikonov in poročil za posamezne uporabnike ali območja za analizo porabe energije in pretoka energije.

1. korak: potek dela

Modul STEMS v glavnem obsega modul Seeedstudio Wio LTE, ki mu je dodeljena edinstvena uporabniška koda za identifikacijo določene stanovanjske enote, kjer je treba izmeriti porabo energije. Porabo energije bo nadzoroval modul Wio LTE s pomočjo senzorja toka, ki je povezan z analogno povezavo.

Podatki o porabi energije, edinstvena uporabniška koda in lokacija (vgrajen Wio GPS/GNSS) modula bodo v realnem času naloženi v oblak STEMS (gostujoč v AWS) s pomočjo povezave Wio LTE in Soracom Global SIM. Do podatkov iz oblaka je mogoče dostopati in jih analizirati za izračun posamezne porabe energije, ustvarjanje individualnih in skupnih energetskih kart, izdelavo energetskih poročil in za podroben energetski pregled. Releji so povezani tudi za prekinitev priključenih naprav, če poraba energije preseže mejne vrednosti. Modul LCD zaslona je mogoče integrirati v lokalni modul STEMS za prikaz vrednosti merjenja energije v realnem času. Sistem bo deloval neodvisno, če je priključen prenosni vir napajanja, na primer suha celična baterija ali Li-Po baterija. Namestitev Strojna nastavitev je prikazana spodaj:

STEMS Nastavitev strojne opreme

Ugotovljeno je bilo, da je signal GPS v stavbi šibkejši. Ko pa se moduli premaknejo ven, bomo začeli dobro sprejemati. GPS koordinate, prejete iz modula, so primerjali z dejanskimi GPS koordinatami v Google Zemljevidih. Doseženo je bilo precej natančnosti.

Napajanje iz električnega omrežja se črpa in prehaja skozi senzor toka, ki je integriran v gospodinjsko vezje. Menjalni tok, ki teče skozi obremenitev, zazna modul senzorja toka žleba, izhodni podatki iz senzorja pa se napajajo na analogni zatič modula WIO LTE. Ko modul WIO prejme analogni vhod, je merjenje moči/energije znotraj programa. Izračunana moč in energija se nato prikažeta na modulu LCD zaslona.

Pri analizi izmeničnega tokokroga se napetost in tok s časom spreminjata sinusno.

Realna moč (P): To je moč, ki jo naprava uporablja za koristno delo. Izraženo je v kW.

Realna moč = napetost (V) x tok (I) x cosΦ

Reaktivna moč (Q): To se pogosto imenuje namišljena moč, ki je mera moči, ki niha med virom in obremenitvijo, kar ne opravlja nobenega koristnega dela. Izraženo je v kVAr

Reaktivna moč = napetost (V) x tok (I) x sinΦ

Navidezna moč (S): Opredeljena je kot produkt napetosti korenskega povprečja (RMS) in RMS toka. To lahko opredelimo tudi kot rezultat dejanske in reaktivne moči. Izraženo je v kVA

Navidezna moč = napetost (V) x tok (I)

Razmerje med resnično, reaktivno in navidezno močjo:

Realna moč = Navidezna moč x cosΦ

Reaktivna moč = Navidezna moč x sinΦ

Skrbi nas le dejanska moč analize.

Faktor moči (pf): Razmerje dejanske moči in navidezne moči v vezju se imenuje faktor moči.

Faktor moči = dejanska moč/navidezna moč

Tako lahko izmerimo vse oblike moči in faktor moči z merjenjem napetosti in toka v tokokrogu. Naslednji razdelek obravnava korake, potrebne za izračun potrebnih izračunov porabe energije.

Izhod iz senzorja toka je val AC napetosti. Izvede se naslednji izračun:

• Merjenje vršne do največje napetosti (Vpp)
• Največjo napetost (Vpp) delite z dvema, da dobite najvišjo napetost (Vp)
• Pomnožite Vp z 0,707, da dobite efektivno napetost (Vrms)
• Pomnožite občutljivost trenutnega senzorja, da dobite efektivni tok.
• Vp = Vpp/2
• Vrms = Vp x 0,707
• Irms = Vrms x Občutljivost
• Občutljivost za trenutni modul je 200 mV/A.
• Realna moč (W) = Vrms x Irms x pf
• Vrms = 230V (znano)
• pf = 0,85 (znano)
• Irms = dobljeno z zgornjim izračunom

Za izračun stroškov energije se moč v vatih pretvori v energijo: Wh = W * (čas / 3600000,0) vatna ura je mera električne energije, ki ustreza porabi energije enega vata za eno uro. Za kWh: kWh = Wh / 1000 Skupni stroški energije so: stroški = stroški na kWh * kWh. Podatki se nato prikažejo na LCD -zaslonu in se hkrati zapišejo na kartico SD.

2. korak: Testiranje

Ker je bilo testiranje opravljeno v bližini balkona, je bilo pridobljeno precej GNSS sprejema.

3. korak: Načrti za prihodnost

Ustvarjena bo aplikacija za dostop do podatkov v oblaku STEMS za spremljanje porabe energije uporabnikov v realnem času ter za ogled ali ustvarjanje poročil o energetski analizi. Zaradi združljivosti Arduino IDE je mogoče enostavno nadgraditi modul STEMS. Ko bo uspešno zaključen, se lahko ta modul proizvede na trgu in ga lahko uporabljajo ponudniki energetskih storitev po vsem svetu.