Älykäs energianvalvontajärjestelmä: 3 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:01

Energian kysyntä kasvaa päivä päivältä. Tällä hetkellä alueen käyttäjien sähkönkulutusta seurataan ja lasketaan sähkölaitoksen teknikoiden usein tekemillä kenttäkäynneillä energiamaksun laskemiseksi. Tämä on aikaa vievä tehtävä, koska alueella on tuhansia taloja ja lukuisia asuntoja samoissa asunnoissa. Kaupungin suhteen tämä on erittäin hektinen prosessi. Ei ole säännöksiä talojen yksittäisen energiankulutuksen tarkistamiseksi tai analysoimiseksi tiettynä ajanjaksona eikä raportin laatimiseksi tietyn alueen energiavirrasta. Näin on vain monessa paikassa maailmassa.

Yllä olevan ongelman ratkaisemiseksi ei ole olemassa olemassa olevia ratkaisuja. Siksi kehitämme älykästä energianseurantajärjestelmää, joka helpottaa energiahintojen tarkastusta, seurantaa, analysointia ja laskemista. STEMS -järjestelmän avulla voidaan lisäksi luoda käyttäjäkohtaisia tai aluekohtaisia kaavioita ja raportteja energiankulutuksen ja energiavirran analysoimiseksi.

Vaihe 1: Työnkulku

STEMS -moduuli käsittää pääasiassa Seeedstudio Wio LTE -moduulin, jolle annetaan yksilöllinen käyttäjäkoodi, joka tunnistaa sen asunnon, jossa energiankulutus on mitattava. Virrankulutusta seurataan Wio LTE -moduulilla analogisen grove -liitännän kautta liitetyn virta -anturin avulla.

Moduulin energiankulutustiedot, ainutlaatuinen käyttäjäkoodi ja sijainti (sisäänrakennettu Wio GPS/GNSS) ladataan STEMS-pilveen (isännöity AWS: ssä) reaaliajassa Wio LTE -yhteyden ja Soracom Global SIM -palvelun avulla. Pilvestä saatuja tietoja voidaan käyttää ja analysoida yksittäisen energiankulutuksen laskemiseksi, yksittäisten ja kollektiivisten energiakaavioiden luomiseksi, energiaraporttien laatimiseksi ja yksityiskohtaiseksi energian tarkastamiseksi. Releet on myös liitetty kytkemään pois kytketyt laitteet, jos energiankulutus ylittää kynnysrajat. LCD-näyttömoduuli voidaan integroida paikalliseen STEMS-moduuliin reaaliaikaisten energian mittausarvojen näyttämiseksi. Järjestelmä toimii itsenäisesti, jos siihen on liitetty kannettava virtalähde, kuten kuivakennoakku tai Li-Po-akku. Asennus Laitteiston asennus on kuvattu alla:

STEMS Laitteiston asennus

GPS -signaalin havaittiin olevan heikompi rakennuksen sisällä. Mutta kun moduulit on siirretty ulkopuolelle, saamme hyvän vastaanoton. Moduulista saatuja GPS -koordinaatteja verrattiin todellisiin GPS -koordinaatteihin Google Mapsissa. Tarkkuutta saatiin kohtuullinen määrä.

Virta verkkovirrasta otetaan ja johdetaan kotitalouspiiriin integroidun virta -anturin läpi. Kuorman läpi kulkeva vaihtovirta tunnistetaan lehtovirta -anturimoduulilla ja anturin lähtötiedot syötetään WIO LTE -moduulin analogiseen nastaan. Kun analogiatulo on vastaanotettu WIO -moduulissa, tehon/energian mittaus on ohjelman sisällä. Laskettu teho ja energia näytetään sitten LCD -näyttömoduulissa.

AC -piirianalyysissä sekä jännite että virta vaihtelevat sinimuotoisesti ajan myötä.

Todellinen teho (P): Tämä on laitteen käyttämä teho hyödyllisen työn tuottamiseen. Se ilmaistaan kilowatteina.

Todellinen teho = jännite (V) x virta (I) x cosΦ

Reaktiivinen teho (Q): Tätä kutsutaan usein kuvitteelliseksi tehoksi, joka on tehon mittari, joka värähtelee lähteen ja kuorman välillä, mikä ei tee hyödyllistä työtä.

Loisteho = Jännite (V) x Virta (I) x sinΦ

Näennäinen teho (S): Se määritellään RMS-jännitteen ja RMS-virran tulona. Tämä voidaan määritellä myös todellisen ja loistehon tuloksena. Se ilmaistaan kVA: na

Näennäinen teho = jännite (V) x virta (I)

Todellisen, reaktiivisen ja näennäisen voiman suhde:

Todellinen teho = näennäinen teho x cosΦ

Loisteho = näennäinen teho x sinΦ

Olemme huolissamme vain analyysin todellisesta voimasta.

Tehokerroin (pf): Todellisen tehon ja piirin näennäistehon suhdetta kutsutaan tehokerroimeksi.

Tehokerroin = todellinen teho/näennäinen teho

Siten voimme mitata kaikenlaisen tehon sekä tehokertoimen mittaamalla piirin jännitteen ja virran. Seuraavassa osassa käsitellään toimenpiteitä, jotka on suoritettu energiankulutuksen laskemiseen tarvittavien mittausten saamiseksi.

Virta -anturin lähtö on AC -jänniteaalto. Seuraavat laskelmat tehdään:

• Huippujännitteen (Vpp) mittaus
• Jaa huippu -huippujännite (Vpp) kahdella saadaksesi huippujännitteen (Vp)
• Kerro Vp 0,707: llä saadaksesi tehollisjännitteen (Vrms)
• Kerro nykyisen anturin herkkyys saadaksesi tehollisen virran.
• Vp = Vpp/2
• Vrms = Vp x 0,707
• Irms = Vrms x Herkkyys
• Virtamoduulin herkkyys on 200 mV/A.
• Todellinen teho (W) = Vrms x Irms x pf
• Vrms = 230 V (tunnettu)
• pf = 0,85 (tunnettu)
• Irms = saatu yllä olevan laskelman avulla

Energiakustannusten laskemiseksi teho watteina muunnetaan energiaksi: Wh = W * (aika / 3600000,0) Wattitunti sähköenergian mitta, joka vastaa yhden watin virrankulutusta yhden tunnin ajan. KWh: kWh = Wh / 1000 Energian kokonaiskustannukset ovat: Kustannukset = Kustannukset per kWh * kWh. Tiedot näytetään sitten LCD -näytöllä ja kirjoitetaan samanaikaisesti SD -kortille.

Vaihe 2: Testaus

Koska testaus tehtiin lähellä parveketta, saatiin kohtuullinen määrä GNSS -vastaanottoa.

Vaihe 3: Tulevaisuuden suunnitelmat

Sovellus luodaan STEMS-pilvitietojen käyttämiseksi, jotta voidaan seurata käyttäjän energiankulutusta reaaliajassa ja tarkastella tai luoda energia-analyysiraportteja. Päivittäminen STEMS -moduuliin voidaan tehdä helposti Arduino IDE -yhteensopivuuden vuoksi. Kun moduuli on suoritettu onnistuneesti, se voidaan valmistaa markkinoilla ja sitä voivat käyttää energiapalvelujen tarjoajat kaikkialla maailmassa.