Интелигентна система за мониторинг на енергията: 3 стъпки

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2025-01-23 14:36

Потреблението на енергия се увеличава с всеки изминал ден. Понастоящем потреблението на електрическа енергия от потребителите в дадена област се наблюдава и изчислява чрез чести посещения на място, извършвани от техници от отдела за електроенергия за изчисляване на тарифите за енергия. Това отнема много време, тъй като ще има хиляди къщи в район и многобройни апартаменти в същите апартаменти. Когато става въпрос за град или град, това е много забързан процес. Няма разпоредба за проверка или анализ на индивидуалното потребление на енергия от къщи за определен период от време, нито за създаване на отчет за енергийния поток в определена област. Такъв е случаят на много места по света.

Не са приложени съществуващи решения за справяне с горния проблем. Следователно, ние разработваме интелигентна система за мониторинг на енергията, която ще улесни инспекцията, мониторинга, анализа и изчисляването на тарифите за енергия. Системата STEMS допълнително ще позволи генериране на специфични за потребителя или специфични за района диаграми и отчети за анализ на потреблението на енергия и енергийния поток.

Стъпка 1: Работен процес

Модулът STEMS включва главно модул Seeedstudio Wio LTE, който получава уникален потребителски код за идентифициране на конкретния жилищен блок, където трябва да се измерва консумацията на енергия. Консумацията на енергия ще се следи от Wio LTE модул с помощта на токов сензор, свързан с помощта на аналоговата връзка.

Данните за консумацията на енергия, уникалният потребителски код и местоположението (вграден Wio GPS/GNSS) на модула ще бъдат качени в облака STEMS (хостван в AWS) в реално време с помощта на Wio LTE свързаност и Soracom Global SIM. Данните от облака могат да бъдат достъпни и анализирани за изчисляване на индивидуалното потребление на енергия, генериране на индивидуални и колективни енергийни диаграми, генериране на енергийни отчети и за подробна енергийна инспекция. Релета също са свързани, за да прекъснат свързаните уреди в случай, че консумацията на енергия надхвърли праговите граници. Модул с LCD дисплей може да бъде интегриран в локалния STEMS модул за показване на стойностите за измерване на енергия в реално време. Системата ще работи независимо, ако е прикачен преносим източник на захранване, като например батерия със суха клетка или Li-Po батерия. Настройка Хардуерната настройка е показана по -долу:

STEMS Хардуерна настройка

Установено е, че GPS сигналът е по -слаб в сградата. Но след като модулите бъдат изместени навън, ще започнем да получаваме добър прием. GPS координатите, получени от модула, бяха сравнени с действителните GPS координати в Google Maps. Беше получена доста точност.

Захранването от променливотоковата мрежа се изтегля и преминава през токовия сензор, който е интегриран в битовата верига. Променливотоковият ток, преминаващ през товара, се засича от модула на сензора за ток на канала и изходните данни от сензора се подават към аналоговия щифт на модула WIO LTE. След като аналоговият вход бъде получен от WIO модула, измерването на мощност/енергия е вътре в програмата. Изчислената мощност и енергия след това се показват на модула на LCD дисплея.

При анализа на веригата за променлив ток както напрежението, така и токът варират синусоидално с времето.

Реална мощност (P): Това е мощността, използвана от устройството за извършване на полезна работа. Изразява се в kW.

Реална мощност = Напрежение (V) x Ток (I) x cosΦ

Реактивна мощност (Q): Това често се нарича въображаема мощност, която е мярка за мощност, която се колебае между източника и товара, която не прави полезна работа. Тя се изразява в kVAr

Реактивна мощност = Напрежение (V) x Ток (I) x sinΦ

Очевидна мощност (S): Дефинира се като продукт на средноквадратичното (RMS) напрежение и RMS тока. Това може да се определи и като резултат от реалната и реактивната мощност. Изразява се в kVA

Явна мощност = напрежение (V) x ток (I)

Връзката между реална, реактивна и видима мощност:

Реална мощност = видима мощност x cosΦ

Реактивна мощност = видима мощност x sinΦ

Ние сме загрижени само за реалната сила за анализа.

Коефициент на мощност (pf): Съотношението на реалната мощност към видимата мощност във веригата се нарича фактор на мощността.

Коефициент на мощност = реална мощност/видима мощност

По този начин можем да измерваме всички форми на мощност, както и коефициент на мощност, като измерваме напрежението и тока във веригата. Следващият раздел обсъжда стъпките, предприети за получаване на измерванията, необходими за изчисляване на консумацията на енергия.

Изходът от токовия сензор е вълна от променливо напрежение. Направени са следните изчисления:

• Измерване на пиковото до пиково напрежение (Vpp)
• Разделете пиковото към пиково напрежение (Vpp) на две, за да получите пиково напрежение (Vp)
• Умножете Vp по 0,707, за да получите средновековното напрежение (Vrms)
• Умножете чувствителността на сензора за ток, за да получите средноквадратичен ток.
• Vp = Vpp/2
• Vrms = Vp x 0,707
• Irms = Vrms x Чувствителност
• Чувствителността на текущия модул е 200 mV/A.
• Реална мощност (W) = Vrms x Irms x pf
• Vrms = 230V (известен)
• pf = 0,85 (известно)
• Irms = Получено с помощта на горното изчисление

За изчисляване на разходите за енергия, мощността във ватове се преобразува в енергия: Wh = W * (време / 3600000.0) Ват час мярка за електрическа енергия, еквивалентна на консумация на енергия от един ват за един час. За kWh: kWh = Wh / 1000 Общите разходи за енергия са: Разходи = Разходи за kWh * kWh. След това информацията се извежда на LCD дисплея и едновременно се записва на SD картата.

Стъпка 2: Тестване

Тъй като тестването беше направено в близост до балкона, беше получено доста количество прием на GNSS.

Стъпка 3: Бъдещи планове

Ще бъде създадено приложение за достъп до облачните данни STEMS за наблюдение на потреблението на енергия от потребителя в реално време и за преглед или генериране на отчети за енергиен анализ. Надграждането на модула STEMS може лесно да се извърши поради съвместимостта с Arduino IDE. След като бъде успешно завършен, този модул може да бъде произведен на пазара и може да се използва от доставчици на енергийни услуги по целия свят.