Viedā enerģijas uzraudzības sistēma: 3 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Enerģijas pieprasījums katru dienu pieaug. Pašlaik elektroenerģijas patēriņu no lietotājiem attiecīgajā teritorijā uzrauga un aprēķina, bieži apmeklējot elektroenerģijas departamenta tehniķus, lai aprēķinātu enerģijas cenu. Tas ir laikietilpīgs uzdevums, jo teritorijā būs tūkstošiem māju un daudz dzīvokļu tajos pašos dzīvokļos. Runājot par pilsētu vai pilsētu, tas ir ļoti drudžains process. Nav noteikumu, lai pārbaudītu vai analizētu māju individuālo enerģijas patēriņu noteiktā laika periodā, kā arī lai izveidotu ziņojumu par enerģijas plūsmu noteiktā teritorijā. Tas tā ir tikai daudzās pasaules vietās.

Iepriekš minētās problēmas risināšanai nav ieviesti esoši risinājumi. Tāpēc mēs izstrādājam viedu enerģijas monitoringa sistēmu, kas atvieglos enerģijas cenas pārbaudi, uzraudzību, analīzi un aprēķināšanu. STEMS sistēma papildus ļaus izveidot lietotāja vai apgabala diagrammas un ziņojumus, lai analizētu enerģijas patēriņu un enerģijas plūsmu.

1. darbība: darbplūsma

STEMS modulis galvenokārt sastāv no Seeedstudio Wio LTE moduļa, kuram tiek piešķirts unikāls lietotāja kods, lai identificētu konkrēto korpusu, kurā jāmēra enerģijas patēriņš. Enerģijas patēriņu uzraudzīs Wio LTE modulis, izmantojot strāvas sensoru, kas savienots, izmantojot analogo birzs savienojumu.

Enerģijas patēriņa dati, unikālais lietotāja kods un moduļa atrašanās vieta (Wio iebūvēts GPS/GNSS) tiks augšupielādēti STEMS mākonī (mitināts AWS) reālā laikā, izmantojot Wio LTE savienojumu un Soracom Global SIM. Mākoņa datiem var piekļūt un tos analizēt, lai aprēķinātu individuālo enerģijas patēriņu, izveidotu individuālas un kolektīvas enerģijas diagrammas, ģenerētu enerģijas pārskatus un veiktu detalizētu enerģijas pārbaudi. Releji ir arī sasaistīti, lai izslēgtu pievienotās ierīces, ja enerģijas patēriņš pārsniedz sliekšņa robežas. LCD displeja moduli var integrēt vietējā STEMS modulī, lai parādītu reālā laika enerģijas mērījumu vērtības. Sistēma darbosies neatkarīgi, ja ir pievienots pārnēsājams barošanas avots, piemēram, sauso šūnu akumulators vai Li-Po akumulators. Iestatīšana Aparatūras iestatīšana ir parādīta zemāk:

STEMS Aparatūras iestatīšana

Tika konstatēts, ka GPS signāls ēkas iekšienē ir vājāks. Bet, tiklīdz moduļi tiks pārvietoti uz āru, mēs sāksim saņemt labu uztveršanu. No moduļa saņemtās GPS koordinātas tika salīdzinātas ar faktiskajām GPS koordinātām pakalpojumā Google Maps. Tika iegūta diezgan liela precizitāte.

Jauda no maiņstrāvas tīkla tiek ņemta un novadīta caur strāvas sensoru, kas ir integrēts mājsaimniecības ķēdē. Maiņstrāvu, kas iet caur slodzi, nosaka birzs strāvas sensora modulis, un sensora izejas dati tiek ievadīti WIO LTE moduļa analogā tapā. Kad WIO modulis ir saņēmis analogo ieeju, jaudas/enerģijas mērījums ir programmas iekšpusē. Aprēķinātā jauda un enerģija tiek parādīta LCD displeja modulī.

Maiņstrāvas ķēdes analīzē gan spriegums, gan strāva laika gaitā mainās sinusoidāli.

Reālā jauda (P): šī ir jauda, ko ierīce izmanto noderīga darba veikšanai. To izsaka kW.

Reālā jauda = spriegums (V) x strāva (I) x cosΦ

Reaktīvā jauda (Q): to bieži sauc par iedomātu jaudu, kas ir jaudas rādītājs, kas svārstās starp avotu un slodzi, un tas nedara noderīgu darbu. Tas ir izteikts kVAr

Reaktīvā jauda = spriegums (V) x strāva (I) x sinΦ

Šķietamā jauda (S): to definē kā vidējā kvadrāta (RMS) sprieguma un RMS strāvas reizinājumu. To var definēt arī kā reālās un reaktīvās jaudas rezultātu. To izsaka kVA

Šķietamā jauda = spriegums (V) x strāva (I)

Attiecības starp reālo, reaktīvo un šķietamo spēku:

Reālā jauda = šķietamā jauda x cosΦ

Reaktīvā jauda = šķietamā jauda x sinΦ

Mūs uztrauc tikai analīzes patiesā jauda.

Jaudas koeficients (pf): Reālās jaudas un šķietamās jaudas attiecību ķēdē sauc par jaudas koeficientu.

Jaudas koeficients = reālā jauda/šķietamā jauda

Tādējādi mēs varam izmērīt visu jaudas veidu, kā arī jaudas koeficientu, mērot ķēdes spriegumu un strāvu. Nākamajā sadaļā aplūkoti soļi, kas veikti, lai iegūtu mērījumus, kas nepieciešami, lai aprēķinātu enerģijas patēriņu.

Strāvas sensora izeja ir maiņstrāvas sprieguma vilnis. Tiek veikts šāds aprēķins:

• Maksimālā sprieguma (Vpp) mērīšana
• Sadaliet maksimumu līdz maksimālajam spriegumam (Vpp) ar diviem, lai iegūtu maksimālo spriegumu (Vp)
• Reiziniet Vp ar 0,707, lai iegūtu vidējo spriegumu (Vrms)
• Reiziniet pašreizējā sensora jutību, lai iegūtu vidējo vērtību.
• Vp = Vpp/2
• Vrms = Vp x 0,707
• Irms = Vrms x jutība
• Pašreizējā moduļa jutība ir 200 mV/A.
• Reālā jauda (W) = Vrms x Irms x pf
• Vrms = 230V (zināms)
• pf = 0,85 (zināms)
• Irms = iegūts, izmantojot iepriekš minēto aprēķinu

Lai aprēķinātu enerģijas izmaksas, jauda vatos tiek pārvērsta enerģijā: Wh = W * (laiks / 3600000,0) vatstunda - elektroenerģijas mērījums, kas līdzvērtīgs vienas vatu jaudas patēriņam vienas stundas laikā. KWh: kWh = Wh / 1000 Kopējās enerģijas izmaksas ir: Izmaksas = Izmaksas par kWh * kWh. Pēc tam informācija tiek parādīta LCD displejā un vienlaikus ierakstīta SD kartē.

2. darbība: pārbaude

Tā kā pārbaude tika veikta netālu no balkona, tika iegūts diezgan daudz GNSS uztveršanas.

3. solis: nākotnes plāni

Tiks izveidota lietotne, lai piekļūtu STEMS mākoņa datiem, lai reāllaikā uzraudzītu lietotāju enerģijas patēriņu un skatītu vai ģenerētu enerģijas analīzes pārskatus. Pateicoties Arduino IDE saderībai, STEMS moduli var viegli jaunināt. Pēc sekmīga pabeigšanas šo moduli var ražot tirgū, un to var izmantot energopakalpojumu sniedzēji visā pasaulē.