Pametni sistem za nadzor energije: 3 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Potražnja za energijom raste iz dana u dan. Trenutno se potrošnja električne energije od korisnika u određenom području prati i izračunava čestim obilascima na terenu od strane tehničara iz odjela za električnu energiju radi izračunavanja cijene energije. Ovo je dugotrajan zadatak jer će biti hiljade kuća u okolini i brojni stanovi u istim stanovima. Što se tiče grada ili mjesta, ovo je vrlo naporan proces. Ne postoji odredba za provjeru ili analizu pojedinačne potrošnje energije kuća u određenom vremenskom periodu niti za izradu izvještaja o protoku energije u određenom području. To je upravo slučaj na mnogim mjestima u svijetu.

Ne postoje postojeća rješenja za rješavanje gornjeg problema. Stoga razvijamo pametan sistem za nadzor energije koji će olakšati inspekciju, praćenje, analizu i izračun cijene energije. Sistem STEMS će dodatno omogućiti generiranje grafikona i izvještaja specifičnih za korisnika ili područja za analizu potrošnje energije i protoka energije.

Korak 1: Tok rada

STEMS modul se uglavnom sastoji od Seeedstudio Wio LTE modula koji dobija jedinstveni korisnički kod za identifikaciju određene stambene jedinice u kojoj se mora mjeriti potrošnja energije. Potrošnju energije će nadzirati Wio LTE modul uz pomoć senzora struje koji je povezan analognom vezom sa šupljinom.

Podaci o potrošnji energije, jedinstveni korisnički kôd i lokacija (Wio ugrađen GPS/GNSS) modula bit će preneseni u STEMS oblak (hostiran na AWS) u stvarnom vremenu koristeći Wio LTE povezivost i Soracom Global SIM. Podaci iz oblaka mogu se pristupiti i analizirati kako bi se izračunala individualna potrošnja energije, generirali individualni i kolektivni energetski grafikoni, generirali energetski izvještaji i za detaljni energetski pregled. Releji su također povezani kako bi prekinuli priključene uređaje u slučaju da potrošnja energije pređe granične granice. Modul LCD ekrana može se integrirati u lokalni STEMS modul za prikaz mjernih vrijednosti energije u stvarnom vremenu. Sistem će raditi nezavisno ako je priključen prenosivi izvor napajanja, poput suhe ćelije ili Li-Po baterije. Postavljanje Postavke hardvera prikazane su dolje:

STEMS Postavljanje hardvera

Utvrđeno je da je GPS signal slabiji unutar zgrade. No, kad se moduli pomaknu prema van, počet ćemo dobivati dobar prijem. GPS koordinate primljene iz modula upoređene su sa stvarnim GPS koordinatama u Google mapama. Dobijena je prilično velika tačnost.

Napajanje iz mreže naizmjenične struje crpi se i prolazi kroz osjetnik struje koji je integriran u krug domaćinstva. Naizmjenična struja koja prolazi kroz opterećenje detektira modul senzora struje šuma, a izlazni podaci sa senzora dovode se na analogni pin WIO LTE modula. Nakon što WIO modul primi analogni ulaz, mjerenje snage/energije je unutar programa. Izračunata snaga i energija se zatim prikazuju na modulu LCD ekrana.

U analizi kruga naizmjenične struje i napon i struja variraju sinusoidno s vremenom.

Realna snaga (P): Ovo je snaga koju uređaj koristi za koristan rad. Izražava se u kW.

Realna snaga = Napon (V) x Struja (I) x cosΦ

Reaktivna snaga (Q): Ovo se često naziva zamišljena snaga koja je mjera snage koja oscilira između izvora i opterećenja, koja ne obavlja nikakav koristan rad. Izražava se u kVAr

Reaktivna snaga = Napon (V) x Struja (I) x sinΦ

Prividna snaga (S): Definira se kao umnožak korijena srednje vrijednosti (RMS) napona i RMS struje. Ovo se također može definirati kao rezultat stvarne i reaktivne snage. Izražava se u kVA

Prividna snaga = Napon (V) x Struja (I)

Odnos između stvarne, reaktivne i prividne snage:

Realna snaga = Prividna snaga x cosΦ

Reaktivna snaga = Prividna snaga x sinΦ

Brine nas samo stvarna moć analize.

Faktor snage (pf): Odnos stvarne snage prema prividnoj snazi u kolu naziva se faktor snage.

Faktor snage = Realna snaga/Prividna snaga

Tako možemo mjeriti sve oblike snage kao i faktor snage mjerenjem napona i struje u krugu. U sljedećem odjeljku razmatraju se koraci poduzeti za dobijanje mjerenja koja su potrebna za izračunavanje potrošnje energije.

Izlaz senzora struje je val izmjeničnog napona. Izračunavaju se sljedeći izračuni:

• Mjerenje vršnog do vršnog napona (Vpp)
• Podijelite vršni do vršni napon (Vpp) sa dva da biste dobili vršni napon (Vp)
• Pomnožite Vp sa 0,707 da biste dobili efektivni napon (Vrms)
• Pomnožite osjetljivost trenutnog senzora da biste dobili efektivnu struju.
• Vp = Vpp/2
• Vrms = Vp x 0,707
• Irms = Vrms x Osetljivost
• Osetljivost trenutnog modula je 200 mV/A.
• Realna snaga (W) = Vrms x Irms x pf
• Vrms = 230V (poznato)
• pf = 0,85 (poznato)
• Irms = Dobijeno gornjim proračunom

Za izračunavanje cijene energije, snaga u vatima se pretvara u energiju: Wh = W * (vrijeme / 3600000,0) Watt sat mjera električne energije ekvivalentna potrošnji energije od jednog vata za jedan sat. Za kWh: kWh = Wh / 1000 Ukupni troškovi energije su: Cijena = Cijena po kWh * kWh. Podaci se tada prikazuju na LCD ekranu i istovremeno zapisuju na SD karticu.

Korak 2: Testiranje

Kako je testiranje obavljeno u blizini balkona, dobijena je prilična količina GNSS prijema.

Korak 3: Planovi za budućnost

Bit će stvorena aplikacija za pristup podacima oblaka STEMS za praćenje potrošnje energije korisnika u stvarnom vremenu te za pregled ili generiranje izvještaja o analizi energije. Nadogradnja na STEMS modul može se lako izvršiti zbog Arduino IDE kompatibilnosti. Nakon uspješnog završetka, ovaj modul može se proizvoditi na tržištu i mogu ga koristiti pružatelji energetskih usluga u cijelom svijetu.