Έξυπνο Σύστημα Παρακολούθησης Ενέργειας: 3 Βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:35

Η ζήτηση ενέργειας αυξάνεται μέρα με τη μέρα, Επί του παρόντος, η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας από χρήστες σε μια περιοχή παρακολουθείται και υπολογίζεται με συχνές επιτόπιες επισκέψεις τεχνικών από το τμήμα ηλεκτρικής ενέργειας για τον υπολογισμό του ναύλου ενέργειας. Αυτό είναι ένα χρονοβόρο έργο, καθώς θα υπάρχουν χιλιάδες σπίτια σε μια περιοχή και πολλά διαμερίσματα στα ίδια διαμερίσματα. Όταν πρόκειται για μια πόλη ή κωμόπολη, αυτή είναι μια πολύ ταραχώδης διαδικασία. Δεν υπάρχει πρόβλεψη για τον έλεγχο ή την ανάλυση της ατομικής κατανάλωσης ενέργειας των σπιτιών σε μια χρονική περίοδο ούτε τη δημιουργία μιας έκθεσης ροής ενέργειας σε μια συγκεκριμένη περιοχή. Αυτό συμβαίνει μόνο σε πολλά μέρη του κόσμου.

Δεν υπάρχουν διαθέσιμες λύσεις για την αντιμετώπιση του παραπάνω προβλήματος. Ως εκ τούτου, αναπτύσσουμε ένα έξυπνο σύστημα παρακολούθησης ενέργειας που θα διευκολύνει τον έλεγχο, την παρακολούθηση, την ανάλυση και τον υπολογισμό του ναύλου ενέργειας. Το σύστημα STEMS θα επιτρέψει επιπλέον τη δημιουργία διαγραμμάτων και αναφορών συγκεκριμένων χρηστών ή περιοχών για την ανάλυση της κατανάλωσης ενέργειας και της ροής ενέργειας.

Βήμα 1: Ροή εργασίας

Η μονάδα STEMS περιλαμβάνει κυρίως τη μονάδα Seeedstudio Wio LTE στην οποία δίνεται ένας μοναδικός κωδικός χρήστη για τον προσδιορισμό της συγκεκριμένης μονάδας κατοικίας όπου πρέπει να μετρηθεί η κατανάλωση ενέργειας. Η κατανάλωση ενέργειας θα παρακολουθείται από τη μονάδα Wio LTE με τη βοήθεια ενός αισθητήρα ρεύματος που διασυνδέεται με τη χρήση της αναλογικής σύνδεσης άλσους.

Τα δεδομένα κατανάλωσης ενέργειας, ο μοναδικός κωδικός χρήστη και η θέση (ενσωματωμένο Wio GPS/GNSS) της μονάδας θα μεταφορτωθούν στο σύννεφο STEMS (φιλοξενείται στο AWS) σε πραγματικό χρόνο χρησιμοποιώντας τη συνδεσιμότητα Wio LTE και την Soracom Global SIM. Τα δεδομένα από το νέφος μπορούν να προσεγγιστούν και να αναλυθούν για τον υπολογισμό της ατομικής κατανάλωσης ενέργειας, τη δημιουργία ατομικών και συλλογικών διαγραμμάτων ενέργειας, τη δημιουργία αναφορών ενέργειας και τη λεπτομερή ενεργειακή επιθεώρηση. Τα ρελέ είναι επίσης διασυνδεδεμένα για να διακόψουν τις συνδεδεμένες συσκευές σε περίπτωση που η κατανάλωση ενέργειας υπερβεί τα όρια κατωφλίου. Μια μονάδα οθόνης LCD μπορεί να ενσωματωθεί στην τοπική μονάδα STEMS για να εμφανίσει τιμές μέτρησης ενέργειας σε πραγματικό χρόνο. Το σύστημα θα λειτουργεί ανεξάρτητα εάν είναι συνδεδεμένη μια φορητή πηγή ενέργειας, όπως μπαταρία ξηρής κυψέλης ή μπαταρία Li-Po. Ρύθμιση Η ρύθμιση υλικού απεικονίζεται παρακάτω:

STEMS Ρύθμιση υλικού

Το σήμα GPS διαπιστώθηκε ότι ήταν ασθενέστερο στο εσωτερικό του κτιρίου. Μόλις όμως οι ενότητες μετατοπιστούν έξω, θα αρχίσουμε να έχουμε καλή υποδοχή. Οι συντεταγμένες GPS που ελήφθησαν από την ενότητα συγκρίθηκαν με τις πραγματικές συντεταγμένες GPS στους Χάρτες Google. Λήφθηκε αρκετή ακρίβεια.

Η ισχύς από το δίκτυο εναλλασσόμενου ρεύματος αντλείται και διέρχεται μέσω του αισθητήρα ρεύματος που είναι ενσωματωμένος στο οικιακό κύκλωμα. Το ρεύμα εναλλασσόμενου ρεύματος που διέρχεται από το φορτίο ανιχνεύεται από τη μονάδα αισθητήρα ρεύματος άλσους και τα δεδομένα εξόδου από τον αισθητήρα τροφοδοτούνται στον αναλογικό πείρο της μονάδας WIO LTE. Μόλις η αναλογική είσοδος ληφθεί από τη μονάδα WIO, η μέτρηση ισχύος/ενέργειας γίνεται μέσα στο πρόγραμμα. Η υπολογισμένη ισχύς και ενέργεια εμφανίζονται στη συνέχεια στη μονάδα οθόνης LCD.

Στην ανάλυση κυκλώματος AC, τόσο η τάση όσο και το ρεύμα ποικίλλουν ημιτονοειδώς με το χρόνο.

Real Power (P): Αυτή είναι η ισχύς που χρησιμοποιεί η συσκευή για την παραγωγή χρήσιμων εργασιών. Εκφράζεται σε kW.

Πραγματική ισχύς = Τάση (V) x Ρεύμα (I) x cosΦ

Αντιδραστική ισχύς (Q): Αυτή συχνά ονομάζεται φανταστική ισχύς που είναι ένα μέτρο ισχύος που ταλαντεύεται μεταξύ πηγής και φορτίου, που δεν κάνει χρήσιμη εργασία. Εκφράζεται σε kVAr

Αντιδραστική ισχύς = Τάση (V) x Ρεύμα (I) x sinΦ

Φαινομενική ισχύς (ες): Ορίζεται ως το προϊόν της τάσης Root-Mean-Square (RMS) και του ρεύματος RMS. Αυτό μπορεί επίσης να οριστεί ως το αποτέλεσμα πραγματικής και αντιδραστικής ισχύος. Εκφράζεται σε kVA

Φαινομενική ισχύς = Τάση (V) x Ρεύμα (I)

Η σχέση μεταξύ πραγματικής, αντιδραστικής και φαινομενικής δύναμης:

Πραγματική Ισχύς = Φαινομενική Ισχύς x cosΦ

Αντιδραστική ισχύς = Φαινομενική ισχύς x sinΦ

Μας ενδιαφέρει μόνο η πραγματική δύναμη για την ανάλυση.

Συντελεστής ισχύος (pf): Ο λόγος της πραγματικής ισχύος προς την φαινομενική ισχύ σε ένα κύκλωμα ονομάζεται συντελεστής ισχύος.

Συντελεστής ισχύος = πραγματική ισχύς/φαινομενική ισχύς

Έτσι, μπορούμε να μετρήσουμε κάθε μορφή ισχύος καθώς και συντελεστή ισχύος μετρώντας την τάση και το ρεύμα στο κύκλωμα. Η επόμενη ενότητα συζητά τα βήματα που έχουν ληφθεί για τη λήψη των μετρήσεων που απαιτούνται για τον υπολογισμό της κατανάλωσης ενέργειας.

Η έξοδος από τον αισθητήρα ρεύματος είναι ένα κύμα τάσης AC. Γίνονται οι ακόλουθοι υπολογισμοί:

• Μέτρηση της τάσης κορυφής σε αιχμή (Vpp)
• Διαιρέστε την αιχμή στην κορυφή τάσης (Vpp) με δύο για να πάρετε την τάση αιχμής (Vp)
• Πολλαπλασιάστε το Vp με 0,707 για να λάβετε την τάση rms (Vrms)
• Πολλαπλασιάστε την ευαισθησία του τρέχοντος αισθητήρα για να λάβετε το ρεύμα rms.
• Vp = Vpp/2
• Vrms = Vp x 0,707
• Irms = Vrms x Ευαισθησία
• Η ευαισθησία για την τρέχουσα μονάδα είναι 200 mV/A.
• Πραγματική ισχύς (W) = Vrms x Irms x pf
• Vrms = 230V (γνωστό)
• pf = 0,85 (γνωστό)
• Irms = Λήφθηκε χρησιμοποιώντας τον παραπάνω υπολογισμό

Για τον υπολογισμό του κόστους ενέργειας, η ισχύς σε watt μετατρέπεται σε ενέργεια: Wh = W * (χρόνος / 3600000,0) Watt ώρα ένα μέτρο ηλεκτρικής ενέργειας που ισοδυναμεί με κατανάλωση ισχύος ενός watt για μία ώρα. Για kWh: kWh = Wh / 1000Το συνολικό κόστος ενέργειας είναι: Κόστος = Κόστος ανά kWh * kWh. Οι πληροφορίες εμφανίζονται στη συνέχεια στην οθόνη LCD και ταυτόχρονα γράφονται στην κάρτα SD.

Βήμα 2: Δοκιμή

Καθώς οι δοκιμές έγιναν κοντά στο μπαλκόνι, αποκτήθηκε ένα δίκαιο ποσό υποδοχής GNSS.

Βήμα 3: Μελλοντικά σχέδια

Θα δημιουργηθεί μια εφαρμογή για πρόσβαση στα δεδομένα σύννεφων STEMS για παρακολούθηση της κατανάλωσης ενέργειας των χρηστών σε πραγματικό χρόνο και προβολή ή δημιουργία αναφορών ενεργειακής ανάλυσης. Μια αναβάθμιση στη μονάδα STEMS μπορεί να γίνει εύκολα λόγω της συμβατότητας Arduino IDE. Μόλις ολοκληρωθεί επιτυχώς, αυτή η ενότητα μπορεί να παραχθεί στην αγορά και μπορεί να χρησιμοποιηθεί από παρόχους υπηρεσιών ενέργειας σε όλο τον κόσμο.