Nutikas energiaseire süsteem: 3 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:48

Energiavajadus suureneb iga päevaga. Praegu jälgitakse ja arvutatakse piirkonna kasutajate elektrienergia tarbimist elektriosakonna tehnikute sagedaste kohapealsete visiitide abil energiahindade arvutamiseks. See on aeganõudev ülesanne, kuna piirkonnas on tuhandeid maju ja samades korterites palju kortereid. Kui tegemist on linnaga, on see väga kirglik protsess. Puudub säte majade individuaalse energiatarbimise kontrollimiseks või analüüsimiseks teatud aja jooksul ega teatud piirkonna energiavoo aruande koostamiseks. See on lihtsalt nii paljudes maailma paikades.

Ülaltoodud probleemi lahendamiseks pole olemasolevaid lahendusi. Seetõttu töötame välja nutika energiaseire süsteemi, mis hõlbustab energiahinna kontrollimist, jälgimist, analüüsi ja arvutamist. STEMS -süsteem võimaldab lisaks koostada kasutajaspetsiifilisi või piirkonnapõhiseid diagramme ja aruandeid, et analüüsida energiatarbimist ja energiavoogu.

Samm: töövoog

Moodul STEMS koosneb peamiselt Seeedstudio Wio LTE moodulist, millele antakse ainulaadne kasutajakood, et tuvastada see konkreetne elamu, kus tuleb energiatarbimist mõõta. Energiatarbimist jälgib Wio LTE moodul, kasutades analoog -grove ühendust ühendavat vooluandurit.

Mooduli energiatarbimise andmed, ainulaadne kasutajakood ja asukoht (Wio sisseehitatud GPS/GNSS) laaditakse reaalajas üles STEMSi pilve (hostitud AWS-is), kasutades Wio LTE-ühendust ja Soracom Global SIM-i. Pilveandmetele pääseb juurde ja neid saab analüüsida individuaalse energiatarbimise arvutamiseks, individuaalsete ja kollektiivsete energiakaartide koostamiseks, energiaaruannete koostamiseks ja üksikasjalikuks energiakontrolliks. Samuti on liidesed ühendatud seadmete katkestamiseks juhuks, kui energiatarbimine ületab piirmäärad. Reaalajas energia mõõtmise väärtuste kuvamiseks saab LCD-ekraanimooduli integreerida kohalikku STEMS-moodulisse. Süsteem töötab iseseisvalt, kui kaasas on kaasaskantav toiteallikas, näiteks kuivaine või Li-Po aku. Seadistamine Riistvara seadistust on kujutatud allpool:

STEMS Riistvara seadistamine

Leiti, et GPS -signaal oli hoones nõrgem. Aga kui moodulid on väljapoole nihutatud, hakkame head vastuvõttu saama. Moodulilt saadud GPS -koordinaate võrreldi Google Mapsi tegelike GPS -koordinaatidega. Saadi üsna palju täpsust.

Toide vooluvõrgust võetakse ja juhitakse läbi vooluanduri, mis on integreeritud majapidamisahelasse. Koormust läbivat vahelduvvoolu tunneb salu vooluanduri moodul ja anduri väljundandmed suunatakse WIO LTE mooduli analoogpistikusse. Kui analoogsisend on WIO mooduli poolt vastu võetud, on võimsuse/energia mõõtmine programmi sees. Arvutatud võimsus ja energia kuvatakse seejärel LCD -ekraanimoodulil.

Vahelduvvooluahela analüüsis varieeruvad nii pinge kui ka vool aja jooksul sinusoidaalselt.

Tegelik võimsus (P): see on võimsus, mida seade kasutab kasuliku töö tegemiseks. Seda väljendatakse kilovattides.

Tegelik võimsus = pinge (V) x vool (I) x cosΦ

Reaktiivvõimsus (Q): Seda nimetatakse sageli kujuteldavaks võimsuseks, mis on võimsuse mõõt allika ja koormuse vahel, mis ei tee kasulikku tööd. Seda väljendatakse kVAr

Reaktiivvõimsus = pinge (V) x vool (I) x sinΦ

Näiv võimsus (S): see on määratletud kui ruutkeskmise (RMS) pinge ja RMS voolu korrutis. Seda võib määratleda ka reaalse ja reaktiivvõimsuse tulemusena. Seda väljendatakse kVA -s

Näiline võimsus = pinge (V) x vool (I)

Reaalse, reaktiivse ja näilise jõu suhe:

Tegelik võimsus = näiv võimsus x cosΦ

Reaktiivvõimsus = näivvõimsus x sinΦ

Oleme mures ainult analüüsi tegeliku jõu pärast.

Võimsustegur (pf): tegeliku võimsuse ja näivvõimsuse suhet ahelas nimetatakse võimsusteguriks.

Võimsustegur = tegelik võimsus/näiv võimsus

Seega saame vooluahela pinget ja voolu mõõtes mõõta igasugust võimsust ja võimsustegurit. Järgmises osas käsitletakse energiatarbimise arvutamiseks vajalike mõõtmiste tegemiseks tehtud samme.

Vooluanduri väljund on vahelduvpingelaine. Tehakse järgmine arvutus:

• Maksimaalse pinge (Vpp) mõõtmine
• Tipupinge (Vp) saamiseks jagage tipp -tipppinge (Vpp) kahega
• Korrutage Vp 0,707 -ga, et saada efektiivpinge (Vrms)
• Rms -voolu saamiseks korrutage praeguse anduri tundlikkus.
• Vp = Vpp/2
• Vrms = Vp x 0,707
• Irms = Vrms x tundlikkus
• Voolumooduli tundlikkus on 200 mV/A.
• Tegelik võimsus (W) = Vrms x Irms x pf
• Vrms = 230V (teada)
• pf = 0,85 (teada)
• Irms = saadud ülaltoodud arvutuse abil

Energiakulude arvutamiseks muudetakse võimsus vattides energiaks: Wh = W * (aeg / 3600000,0) vatt -tund elektrienergia mõõt, mis võrdub ühe vatti energiatarbega ühe tunni jooksul. KWh: kWh = Wh / 1000 Energia kogukulu on: Kulu = kulu kWh * kWh kohta. Seejärel kuvatakse teave LCD -ekraanile ja kirjutatakse samaaegselt SD -kaardile.

2. etapp: testimine

Kuna testimine toimus rõdu lähedal, saadi üsna palju GNSS -i vastuvõttu.

3. samm: tulevikuplaanid

Luuakse rakendus STEMSi pilvandmetele juurdepääsuks, et jälgida reaalajas kasutaja energiatarbimist ning vaadata või genereerida energiaanalüüse. Arduino IDE ühilduvuse tõttu saab STEMS -mooduli täiendamist hõlpsasti teha. Kui see moodul on edukalt lõpule viidud, saab seda turul toota ja seda saavad kasutada energiateenuste pakkujad kogu maailmas.