Sistema de monitorització energètica intel·ligent: 3 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

La demanda d’energia augmenta dia a dia. Actualment, el consum d’energia elèctrica dels usuaris d’una zona es controla i es calcula mitjançant visites de camp freqüents realitzades per tècnics del departament elèctric per al càlcul de la tarifa energètica. Aquesta és una tasca que requereix molt de temps, ja que hi haurà milers de cases en una zona i nombrosos apartaments als mateixos pisos. Quan es tracta d’una ciutat o ciutat, es tracta d’un procés molt trepidant. No hi ha cap disposició per comprovar o analitzar el consum energètic individual de les cases en un període de temps ni per crear un informe del flux d’energia en una àrea determinada. Aquest és el cas de molts llocs del món.

No hi ha solucions implementades per solucionar el problema anterior. Per tant, estem desenvolupant un sistema intel·ligent de control de l’energia que facilitarà la inspecció, la supervisió, l’anàlisi i el càlcul de la tarifa energètica. El sistema STEMS permetrà, a més, generar gràfics i informes específics de l’usuari o de l’àrea per analitzar el consum d’energia i el flux d’energia.

Pas 1: flux de treball

El mòdul STEMS comprèn principalment el mòdul Seeedstudio Wio LTE al qual se li proporciona un codi d’usuari únic per identificar la unitat d’habitatge particular on s’ha de mesurar el consum d’energia. El consum d’energia es controlarà mitjançant el mòdul Wio LTE amb l’ajut d’un sensor de corrent connectat mitjançant la connexió analògica de bosquet.

Les dades de consum d’energia, el codi d’usuari únic i la ubicació (GPS incorporat Wio / GNSS) del mòdul es penjaran al núvol STEMS (allotjat a AWS) en temps real mitjançant la connectivitat Wio LTE i la Soracom Global SIM. Es pot accedir i analitzar les dades del núvol per calcular el consum d’energia individual, generar gràfics d’energia individuals i col·lectius, generar informes d’energia i per a una inspecció detallada de l’energia. Els relés també s’interfacen per tallar els aparells connectats en cas que el consum d’energia superi els límits del llindar. Es pot integrar un mòdul de pantalla LCD al mòdul STEMS local per mostrar valors de mesura d’energia en temps real. El sistema funcionarà independentment si hi ha connectada una font d’energia portàtil, com ara la bateria de cèl·lules seques o la bateria Li-Po. Configuració La configuració del maquinari es mostra a continuació:

Configuració del maquinari STEMS

Es va comprovar que el senyal GPS era més feble a l’interior de l’edifici. Però un cop es desplacen els mòduls cap a fora, començarem a tenir una bona recepció. Les coordenades GPS rebudes del mòdul es van comparar amb les coordenades GPS reals a Google Maps. Es va obtenir una bona precisió.

L'energia de la xarxa de CA es treu i es fa passar pel sensor de corrent que s'integra al circuit domèstic. El corrent altern que travessa la càrrega és detectat pel mòdul del sensor de corrent arbrat i les dades de sortida del sensor s’alimenten al pin analògic del mòdul WIO LTE. Una vegada que el mòdul WIO rep l'entrada analògica, la mesura de potència / energia es troba dins del programa. La potència i l'energia calculades es mostren al mòdul de pantalla LCD.

En l'anàlisi de circuits de corrent altern, tant el voltatge com el corrent varien sinusoïdalment amb el temps.

Potència real (P): és la potència que fa servir el dispositiu per produir treballs útils. S'expressa en kW.

Potència real = Voltatge (V) x Corrent (I) x cosΦ

Potència reactiva (Q): sovint s’anomena potència imaginària, que és una mesura de la potència que oscil·la entre la font i la càrrega, que no fa cap treball útil. S’expressa en kVAr

Potència reactiva = Voltatge (V) x Corrent (I) x sinΦ

Potència aparent (S): es defineix com el producte de la tensió mitjana-quadrada (RMS) i del corrent RMS. Això també es pot definir com el resultat de la potència real i reactiva. S'expressa en kVA

Potència aparent = Voltatge (V) x Corrent (I)

La relació entre el poder real, el reactiu i l'aparent:

Potència real = Potència aparent x cosΦ

Potència reactiva = Potència aparent x sinΦ

Només ens preocupa el poder real per a l'anàlisi.

Factor de potència (pf): la proporció de la potència real a la potència aparent en un circuit s’anomena factor de potència.

Factor de potència = Potència real / Potència aparent

Per tant, podem mesurar totes les formes de potència i factor de potència mesurant la tensió i el corrent del circuit. A la secció següent es comenten els passos adoptats per obtenir les mesures necessàries per calcular el consum d'energia.

La sortida del sensor de corrent és una ona de tensió de corrent altern. Es fan els càlculs següents:

• Mesura del voltatge de pic a pic (Vpp)
• Divideix el voltatge de pic a pic (Vpp) per dos per obtenir la tensió de pic (Vp)
• Multiplicar Vp per 0,707 per obtenir la tensió RMS (Vrms)
• Multipliqueu la sensibilitat del sensor actual per obtenir el corrent efectiu.
• Vp = Vpp / 2
• Vrms = Vp x 0,707
• Irms = Vrms x Sensibilitat
• La sensibilitat del mòdul actual és de 200 mV / A.
• Potència real (W) = Vrms x Irms x pf
• Vrms = 230V (conegut)
• pf = 0,85 (conegut)
• Irms = S'ha obtingut mitjançant el càlcul anterior

Per calcular el cost energètic, la potència en watts es converteix en energia: Wh = W * (temps / 3600000,0) Watt hora: una mesura d’energia elèctrica equivalent a un consum d’energia d’un watt durant una hora. Per kWh: kWh = Wh / 1000 El cost total de l’energia és: Cost = Cost per kWh * kWh. La informació es mostra a la pantalla LCD i s’escriu simultàniament a la targeta SD.

Pas 2: proves

Com que les proves es van fer a prop del balcó, es va obtenir una bona quantitat de recepció GNSS.

Pas 3: Plans de futur

Es crearà una aplicació per accedir a les dades del núvol STEMS per controlar el consum d’energia dels usuaris en temps real i per visualitzar o generar informes d’anàlisi d’energia. Es pot fer una actualització del mòdul STEMS fàcilment a causa de la compatibilitat IDE Arduino. Un cop completat amb èxit, aquest mòdul es pot produir al mercat i pot ser utilitzat per proveïdors de serveis energètics de tot el món.