سیستم نظارت بر انرژی هوشمند: 3 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:55

تقاضای انرژی روز به روز در حال افزایش است ، در حال حاضر ، مصرف انرژی الکتریکی از کاربران در یک منطقه توسط بازدیدهای مکرر میدانی که توسط تکنسین های بخش برق برای محاسبه کرایه انرژی انجام می شود ، کنترل و محاسبه می شود. این یک کار زمان بر است زیرا هزاران خانه در یک منطقه و آپارتمان های متعدد در یک آپارتمان وجود خواهد داشت. وقتی صحبت از یک شهر یا شهرک می شود ، این یک فرایند بسیار شلوغ است. هیچ گزارشی برای بررسی یا تجزیه و تحلیل مصرف انرژی فردی منازل در یک دوره زمانی و همچنین ایجاد گزارشی از جریان انرژی در یک منطقه خاص وجود ندارد. این فقط در بسیاری از نقاط جهان وجود دارد.

هیچ راه حل فعلی برای حل مشکل فوق پیاده سازی نشده است. بنابراین ، ما در حال توسعه یک سیستم نظارت بر انرژی هوشمند هستیم که بازرسی ، نظارت ، تجزیه و تحلیل و محاسبه کرایه انرژی را آسان می کند. سیستم STEMS علاوه بر این امکان ایجاد نمودارها و گزارشات خاص کاربر یا منطقه برای تجزیه و تحلیل مصرف انرژی و جریان انرژی را نیز می دهد.

مرحله 1: گردش کار

ماژول STEMS عمدتا شامل ماژول Seeedstudio Wio LTE است که یک کد کاربری منحصر به فرد برای شناسایی واحد مسکونی خاص که در آن مصرف انرژی باید اندازه گیری شود ، داده شده است. مصرف برق توسط ماژول Wio LTE با کمک یک سنسور فعلی که با استفاده از اتصال نخل آنالوگ متصل شده است ، کنترل می شود.

داده های مصرف انرژی ، کد کاربر منحصر به فرد و موقعیت مکانی (GPS/GNSS داخلی Wio) ماژول در زمان واقعی با استفاده از اتصال Wio LTE و سیم کارت سراسری سراسری در ابر STEMS (میزبانی شده در AWS) بارگذاری می شود. برای محاسبه مصرف انرژی فردی ، ایجاد نمودارهای انرژی فردی و جمعی ، تولید گزارشات انرژی و برای بازرسی دقیق انرژی ، می توان به داده های ابر دسترسی و تجزیه و تحلیل کرد. همچنین در صورت فراتر رفتن مصرف انرژی از محدوده آستانه ، رله ها برای قطع دستگاه های متصل به هم متصل می شوند. یک ماژول نمایش LCD می تواند در ماژول STEMS محلی برای نمایش مقادیر اندازه گیری انرژی در زمان واقعی ادغام شود. اگر منبع تغذیه قابل حمل مانند باتری سلولی خشک یا باتری Li-Po متصل باشد ، سیستم به طور مستقل کار می کند. راه اندازی سخت افزار در زیر نشان داده شده است:

STEMS راه اندازی سخت افزار

مشخص شد که سیگنال GPS در داخل ساختمان ضعیف تر است. اما هنگامی که ماژول ها به بیرون منتقل می شوند ، ما استقبال خوبی را شروع می کنیم. مختصات GPS دریافت شده از ماژول با مختصات GPS واقعی در Google Maps مقایسه شد. مقدار مناسبی از دقت به دست آمد.

نیرو از منبع تغذیه AC گرفته می شود و از طریق سنسور فعلی که در مدار خانگی ادغام شده است منتقل می شود. جریان AC که از بار عبور می کند توسط ماژول سنسور جریان نخل حس می شود و داده های خروجی از سنسور به پین آنالوگ ماژول WIO LTE تغذیه می شود. هنگامی که ورودی آنالوگ توسط ماژول WIO دریافت می شود ، اندازه گیری قدرت/انرژی در داخل برنامه است. سپس توان و انرژی محاسبه شده روی ماژول صفحه نمایش LCD نمایش داده می شود.

در تجزیه و تحلیل مدار AC ، ولتاژ و جریان هر دو به صورت سینوسی با زمان متفاوت است.

قدرت واقعی (P): این قدرتی است که دستگاه برای تولید کارهای مفید استفاده می کند. بر حسب کیلو وات بیان می شود.

قدرت واقعی = ولتاژ (V) x جریان (I) x cosΦ

توان راکتیو (Q): این را اغلب قدرت خیالی می نامند که معیاری از قدرت است که بین منبع و بار نوسان می کند و کار مفیدی انجام نمی دهد. این در kVAr بیان می شود

توان راکتیو = ولتاژ (V) x جریان (I) x sinΦ

توان ظاهری (S): به عنوان محصول ولتاژ Root-Mean-Square (RMS) و جریان RMS تعریف می شود. این نیز می تواند به عنوان نتیجه قدرت واقعی و راکتیو تعریف شود. بر حسب kVA بیان می شود

قدرت ظاهری = ولتاژ (V) x جریان (I)

رابطه بین قدرت واقعی ، واکنشی و ظاهری:

قدرت واقعی = قدرت ظاهری x cosΦ

توان راکتیو = قدرت ظاهری x sinΦ

ما فقط به قدرت واقعی برای تجزیه و تحلیل توجه داریم.

ضریب توان (pf): نسبت توان واقعی به توان ظاهری در یک مدار را ضریب توان می نامند.

ضریب توان = قدرت واقعی/قدرت ظاهری

بنابراین ، ما می توانیم با اندازه گیری ولتاژ و جریان در مدار ، همه شکل توان و ضریب توان را اندازه گیری کنیم. بخش زیر مراحل انجام شده برای دستیابی به اندازه گیری های مورد نیاز برای محاسبه مصرف انرژی را مورد بحث قرار می دهد.

خروجی سنسور جریان یک موج ولتاژ AC است. محاسبه زیر انجام می شود:

• اندازه گیری ولتاژ پیک تا پیک (Vpp)
• پیک را به ولتاژ پیک (Vpp) بر دو تقسیم کنید تا ولتاژ پیک (Vp) بدست آید
• برای بدست آوردن ولتاژ rms (Vrms) Vp را در 0.707 ضرب کنید
• برای به دست آوردن جریان rms ، حساسیت سنسور فعلی را ضرب کنید.
• Vp = Vpp/2
• Vrms = Vp x 0.707
• Irms = Vrms x حساسیت
• حساسیت برای ماژول فعلی 200 mV/A است.
• قدرت واقعی (W) = Vrms x Irms x pf
• Vrms = 230V (شناخته شده)
• pf = 0.85 (شناخته شده)
• Irms = با استفاده از محاسبه فوق بدست آمده است

برای محاسبه هزینه انرژی ، توان در وات به انرژی تبدیل می شود: Wh = W * (زمان / 3600000.0) وات ساعت یک اندازه گیری انرژی الکتریکی معادل مصرف برق یک وات به مدت یک ساعت. برای kWh: kWh = Wh / 1000 هزینه کل انرژی عبارت است از: هزینه = هزینه هر کیلووات ساعت * kWh. سپس اطلاعات روی صفحه LCD نمایش داده می شود و همزمان به کارت SD نوشته می شود.

مرحله 2: آزمایش

همانطور که آزمایش در نزدیکی بالکن انجام شد ، مقدار مناسبی از دریافت GNSS به دست آمد.

مرحله 3: برنامه های آینده

یک برنامه برای دسترسی به داده های ابری STEMS ایجاد می شود تا مصرف انرژی کاربر را در زمان واقعی نظارت کرده و گزارش تجزیه و تحلیل انرژی را مشاهده یا تولید کند. به دلیل سازگاری Arduino IDE ، ارتقاء ماژول STEMS را می توان به راحتی انجام داد. پس از تکمیل موفقیت آمیز ، این ماژول می تواند در بازار تولید شود و می تواند توسط ارائه دهندگان خدمات انرژی در سراسر جهان مورد استفاده قرار گیرد.