Pametni sustav za nadzor energije: 3 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

Potražnja za energijom raste iz dana u dan. Trenutno se potrošnja električne energije od korisnika u nekom području prati i izračunava čestim obilascima na terenu koje obavljaju tehničari iz odjela za električnu energiju radi izračuna cijene energije. Ovo je dugotrajan zadatak jer će biti tisuće kuća u okolici 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 razdoblju niti za izradu izvješća 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 sustav praćenja energije koji će olakšati pregled, nadzor, analizu i izračun cijene energije. Sustav STEMS dodatno će omogućiti generiranje grafikona i izvješća specifičnih za korisnika ili područja za analizu potrošnje energije i protoka energije.

Korak 1: Tijek rada

STEMS modul uglavnom se sastoji od Seeedstudio Wio LTE modula koji dobiva jedinstveni korisnički kod za identifikaciju određene stambene jedinice u kojoj se mora mjeriti potrošnja energije. Potrošnju energije nadzirat će Wio LTE modul uz pomoć senzora struje spojenog pomoću analogne veze u utoru.

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 pomoću Wio LTE povezivanja i Soracom Global SIM-a. Podaci iz oblaka mogu se pristupiti i analizirati za izračun pojedinačne potrošnje energije, generiranje individualnih i kolektivnih energetskih tabela, generiranje energetskih izvješća i za detaljnu energetsku inspekciju. Releji su također povezani kako bi prekinuli priključene uređaje u slučaju da potrošnja energije pređe granične granice. Modul LCD zaslona može se integrirati u lokalni STEMS modul za prikaz mjernih vrijednosti energije u stvarnom vremenu. Sustav će raditi neovisno ako je priključen prijenosni izvor napajanja, poput suhe ćelijske baterije 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 uspoređene su sa stvarnim GPS koordinatama u Google kartama. Dobivena je prilično velika točnost.

Napajanje iz mreže izmjenične struje crpi se i prolazi kroz osjetnik struje koji je integriran u krug kućanstva. Modul osjetnika struje u žljebu očitava izmjeničnu struju koja prolazi kroz opterećenje, a izlazni podaci sa senzora dovode se na analogni pin modula WIO LTE. Nakon što WIO modul primi analogni ulaz, mjerenje snage/energije je unutar programa. Izračunata snaga i energija tada se prikazuju na modulu LCD zaslona.

U analizi izmjeničnog kruga i napon i struja s vremenom se mijenjaju sinusno.

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

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

Prividna snaga (S): Definira se kao umnožak korijena srednje vrijednosti (RMS) napona i RMS struje. To se također može definirati kao rezultanta 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): Omjer stvarne snage i prividne snage u krugu 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. Sljedeći odjeljak razmatra korake poduzete za dobivanje mjerenja koja su potrebna za izračun potrošnje energije.

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

• Mjerenje vršnog do vršnog napona (Vpp)
• Podijelite vršni na vrhunski napon (Vpp) s dva da biste dobili vršni napon (Vp)
• Pomnožite Vp s 0,707 da biste dobili efektivni napon (Vrms)
• Pomnožite osjetljivost osjetnika struje da biste dobili efektivnu struju.
• Vp = Vpp/2
• Vrms = Vp x 0,707
• Irms = Vrms x Osjetljivost
• Osjetljivost za strujni modul je 200 mV/A.
• Realna snaga (W) = Vrms x Irms x pf
• Vrms = 230V (poznato)
• pf = 0,85 (poznato)
• Irms = Dobiveno pomoću gornjeg izračuna

Za izračun cijene energije, snaga u vatima pretvara se 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: Trošak = Cijena po kWh * kWh. Podaci se tada prikazuju na LCD zaslonu i istovremeno zapisuju na SD karticu.

Korak 2: Testiranje

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

Korak 3: Planovi za budućnost

Bit će izrađena aplikacija za pristup podacima oblaka STEMS za praćenje potrošnje energije korisnika u stvarnom vremenu te za pregled ili generiranje izvješća o analizi energije. Nadogradnja na STEMS modul može se jednostavno izvršiti zbog Arduino IDE kompatibilnosti. Nakon uspješno završenog modula, može se proizvoditi na tržištu i koristiti ga pružatelji energetskih usluga u cijelom svijetu.