Smart Energy Monitoring System: 3 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

Energibehovet stiger dag for dag. I øjeblikket overvåges og beregnes elektrisk energiforbrug fra brugere i et område ved hyppige feltbesøg foretaget af teknikere fra elafdelingen til beregning af energipris. Dette er en tidskrævende opgave, da der vil være tusinder af huse i et område og adskillige lejligheder i de samme lejligheder. Når det kommer til en by eller by, er dette en meget hektisk proces. Der er ingen bestemmelse om at kontrollere eller analysere husenes individuelle energiforbrug i en periode eller at oprette en rapport om energistrøm i et bestemt område. Dette er bare tilfældet mange steder i verden.

Der er ingen eksisterende løsninger implementeret til at løse ovenstående problem. Derfor udvikler vi et smart energiovervågningssystem, der letter inspektion, overvågning, analyse og beregning af energipris. STEMS -systemet tillader desuden at generere brugerspecifikke eller områdespecifikke diagrammer og rapporter for at analysere energiforbruget og energiflowet.

Trin 1: Arbejdsgang

STEMS -modulet består hovedsageligt af Seeedstudio Wio LTE -modulet, der får en unik brugerkode til at identificere den særlige boligenhed, hvor energiforbruget skal måles. Strømforbruget vil blive overvåget af Wio LTE -modulet ved hjælp af en strømføler, der er forbundet med den analoge grove -forbindelse.

Energiforbrugsdata, den unikke brugerkode og placeringen (Wio indbygget GPS/GNSS) af modulet uploades til STEMS-skyen (hostet på AWS) i realtid ved hjælp af Wio LTE-forbindelsen og Soracom Global SIM. Data fra skyen kan tilgås og analyseres for at beregne individuelt energiforbrug, generere individuelle og kollektive energikort, generere energirapporter og for detaljeret energikontrol. Relæer er også grænseflade for at afbryde de tilsluttede apparater, hvis energiforbruget går ud over tærskelgrænserne. Et LCD-displaymodul kan integreres i det lokale STEMS-modul for at vise energimåleværdier i realtid. Systemet fungerer uafhængigt, hvis der er tilsluttet en bærbar strømkilde, f.eks. Tørcellebatteri eller Li-Po-batteri. Opsætning Hardwareopsætningen er vist nedenfor:

STEMS Hardwareopsætning

GPS -signalet viste sig at være svagere inde i bygningen. Men når modulerne er flyttet udenfor, begynder vi at få god modtagelse. GPS -koordinaterne modtaget fra modulet blev sammenlignet med de faktiske GPS -koordinater i Google Maps. Der blev opnået en rimelig mængde nøjagtighed.

Strøm fra vekselstrømforsyningen trækkes og føres gennem den aktuelle sensor, der er integreret i husholdningskredsløbet. AC -strømmen, der passerer gennem belastningen, registreres af grove -strømfølermodulet, og outputdataene fra sensoren føres til den analoge pin på WIO LTE -modulet. Når den analoge indgang er modtaget af WIO -modulet, er måling af effekt/energi inde i programmet. Den beregnede effekt og energi vises derefter på LCD -displaymodulet.

I vekselstrømsanalyse varierer både spænding og strøm sinusformet med tiden.

Real Power (P): Dette er den effekt, enheden bruger til at producere nyttigt arbejde. Det udtrykkes i kW.

Reel effekt = Spænding (V) x Strøm (I) x cosΦ

Reaktiv kraft (Q): Dette kaldes ofte imaginær kraft, som er et mål for magt, der svinger mellem kilde og belastning, der ikke gør noget nyttigt. Det udtrykkes i kVAr

Reaktiv effekt = Spænding (V) x Strøm (I) x sinΦ

Tilsyneladende effekt (S): Det er defineret som produktet af rod-middelværdi-kvadrat (RMS) spænding og RMS-strøm. Dette kan også defineres som resultatet af reel og reaktiv effekt. Det udtrykkes i kVA

Tilsyneladende effekt = spænding (V) x strøm (I)

Forholdet mellem reel, reaktiv og tilsyneladende magt:

Real Power = Tilsyneladende Power x cosΦ

Reaktiv kraft = tilsyneladende effekt x sinΦ

Vi bekymrer os kun om den virkelige magt til analysen.

Power Factor (pf): Forholdet mellem den reelle effekt og den tilsyneladende effekt i et kredsløb kaldes effektfaktoren.

Power Factor = Real Power/Apparent Power

Således kan vi måle alle former for effekt såvel som effektfaktor ved at måle spændingen og strømmen i kredsløbet. Følgende afsnit diskuterer de trin, der er taget for at opnå de målinger, der er nødvendige for at beregne energiforbruget.

Outputtet fra den aktuelle sensor er en AC -spændingsbølge. Følgende beregning er udført:

• Måling af spænding fra spids til spids (Vpp)
• Opdel spidsen til spidsen (Vpp) med to for at få spidsen (Vp)
• Gang Vp med 0,707 for at få rms -spændingen (Vrms)
• Multiplicer følsomheden for den aktuelle sensor for at få rms -strømmen.
• Vp = Vpp/2
• Vrms = Vp x 0,707
• Irms = Vrms x Følsomhed
• Følsomheden for det aktuelle modul er 200 mV/A.
• Reel effekt (W) = Vrms x Irms x pf
• Vrms = 230V (kendt)
• pf = 0,85 (kendt)
• Irms = Opnået ved hjælp af ovenstående beregning

Til beregning af energiomkostningen omdannes effekten i watt til energi: Wh = W * (tid / 3600000.0) Watt time et mål for elektrisk energi svarende til et strømforbrug på et watt i en time. For kWh: kWh = Wh / 1000 De samlede energiomkostninger er: Omkostninger = Omkostninger pr. KWh * kWh. Oplysningerne vises derefter på LCD -displayet og skrives samtidigt til SD -kortet.

Trin 2: Test

Da testen blev udført tæt på balkonen, blev der opnået en rimelig mængde GNSS -modtagelse.

Trin 3: Fremtidige planer

Der oprettes en app for at få adgang til STEMS-skydata for at overvåge brugernes energiforbrug i realtid og for at se eller generere energianalyserapporter. En opgradering til STEMS -modulet kan let udføres på grund af Arduino IDE -kompatibiliteten. Når dette modul er fuldført, kan dette modul produceres på markedet og kan bruges af energitjenesteudbydere over hele verden.