Sistema di monitoraggio intelligente dell'energia: 3 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

La domanda di energia aumenta di giorno in giorno. Attualmente, il consumo di energia elettrica degli utenti in un'area viene monitorato e calcolato da frequenti visite sul campo effettuate dai tecnici del dipartimento dell'energia elettrica per il calcolo della tariffa energetica. Questo è un compito che richiede tempo in quanto ci saranno migliaia di case in un'area e numerosi appartamenti negli stessi appartamenti. Quando si tratta di una città o di un paese, questo è un processo molto frenetico. Non è previsto il controllo o l'analisi del consumo energetico individuale delle abitazioni in un periodo di tempo né la creazione di un report del flusso energetico in una determinata area. Questo è proprio il caso in molti luoghi del mondo.

Non ci sono soluzioni esistenti implementate per affrontare il problema di cui sopra. Pertanto, stiamo sviluppando un sistema di monitoraggio energetico intelligente che faciliterà l'ispezione, il monitoraggio, l'analisi e il calcolo della tariffa energetica. Il sistema STEMS consentirà inoltre di generare grafici e report specifici dell'utente o dell'area per analizzare il consumo e il flusso di energia.

Passaggio 1: flusso di lavoro

Il modulo STEMS comprende principalmente il modulo Seeedstudio Wio LTE a cui viene assegnato un codice utente univoco per identificare la particolare unità abitativa in cui misurare il consumo energetico. Il consumo energetico sarà monitorato dal modulo Wio LTE con l'ausilio di un sensore di corrente interfacciato tramite la connessione analogica grove.

I dati sul consumo energetico, il codice utente univoco e la posizione (GPS/GNSS integrato in Wio) del modulo verranno caricati sul cloud STEMS (ospitato presso AWS) in tempo reale utilizzando la connettività Wio LTE e Soracom Global SIM. È possibile accedere e analizzare i dati dal cloud per calcolare il consumo energetico individuale, generare grafici energetici individuali e collettivi, generare report energetici e per un'ispezione energetica dettagliata. I relè sono inoltre interfacciati per isolare gli apparecchi collegati nel caso in cui il consumo di energia superi i limiti di soglia. Un modulo display LCD può essere integrato nel modulo STEMS locale per visualizzare i valori di misurazione dell'energia in tempo reale. Il sistema funzionerà in modo indipendente se è collegata una fonte di alimentazione portatile come una batteria a secco o una batteria Li-Po. Configurazione La configurazione hardware è illustrata di seguito:

GAMBE Configurazione hardware

Il segnale GPS è risultato più debole all'interno dell'edificio. Ma una volta spostati i moduli all'esterno, inizieremo a ricevere una buona ricezione. Le coordinate GPS ricevute dal modulo sono state confrontate con le coordinate GPS effettive in Google Maps. È stata ottenuta una discreta quantità di precisione.

L'alimentazione dalla rete CA viene prelevata e fatta passare attraverso il sensore di corrente integrato nel circuito domestico. La corrente CA che passa attraverso il carico viene rilevata dal modulo del sensore di corrente grove e i dati in uscita dal sensore vengono inviati al pin analogico del modulo WIO LTE. Una volta ricevuto l'ingresso analogico dal modulo WIO, la misura di potenza/energia è all'interno del programma. La potenza e l'energia calcolate vengono quindi visualizzate sul modulo display LCD.

Nell'analisi del circuito CA, sia la tensione che la corrente variano in modo sinusoidale nel tempo.

Potenza reale (P): questa è la potenza utilizzata dal dispositivo per produrre lavoro utile. È espresso in kW.

Potenza reale = Tensione (V) x Corrente (I) x cosΦ

Potenza reattiva (Q): questa è spesso chiamata potenza immaginaria che è una misura della potenza oscillante tra sorgente e carico, che non fa alcun lavoro utile. È espressa in kVAr

Potenza reattiva = Tensione (V) x Corrente (I) x sinΦ

Potenza apparente (S): è definita come il prodotto della tensione quadratica media (RMS) e della corrente efficace. Questa può essere definita anche come la risultante della potenza reale e reattiva. È espresso in kVA

Potenza apparente = Tensione (V) x Corrente (I)

La relazione tra potenza reale, reattiva e apparente:

Potenza reale = Potenza apparente x cosΦ

Potenza reattiva = Potenza apparente x sinΦ

Ci interessa solo il potere reale per l'analisi.

Fattore di potenza (pf): Il rapporto tra la potenza reale e la potenza apparente in un circuito è chiamato fattore di potenza.

Fattore di potenza = Potenza reale/Potenza apparente

Pertanto, possiamo misurare tutte le forme di potenza e il fattore di potenza misurando la tensione e la corrente nel circuito. La sezione seguente illustra i passaggi necessari per ottenere le misurazioni necessarie per calcolare il consumo di energia.

L'uscita dal sensore di corrente è un'onda di tensione CA. Si effettuano i seguenti calcoli:

• Misurazione della tensione picco-picco (Vpp)
• Dividere la tensione da picco a picco (Vpp) per due per ottenere la tensione di picco (Vp)
• Moltiplica Vp per 0,707 per ottenere la tensione efficace (Vrms)
• Moltiplica la sensibilità del sensore di corrente per ottenere la corrente efficace.
• Vp = Vpp/2
• Vrms = Vp x 0,707
• Irms = Vrms x Sensibilità
• La sensibilità per il modulo corrente è di 200 mV/A.
• Potenza reale (W) = Vrms x Irms x pf
• Vrms = 230V (noto)
• pf = 0,85 (noto)
• Irms = Ottenuto utilizzando il calcolo di cui sopra

Per il calcolo del costo dell'energia, la potenza in watt viene convertita in energia: Wh = W * (tempo / 3600000.0)Watt ora una misura di energia elettrica equivalente a un consumo di energia di un watt per un'ora. Per kWh: kWh = Wh / 1000Il costo totale dell'energia è: Costo = Costo per kWh * kWh. Le informazioni vengono quindi visualizzate sul display LCD e contemporaneamente scritte sulla scheda SD.

Passaggio 2: test

Poiché il test è stato effettuato vicino al balcone, è stata ottenuta una discreta ricezione del GNSS.

Passaggio 3: piani futuri

Verrà creata un'app per accedere ai dati cloud di STEMS per monitorare il consumo energetico degli utenti in tempo reale e per visualizzare o generare report di analisi energetica. Un aggiornamento al modulo STEMS può essere facilmente eseguito grazie alla compatibilità con Arduino IDE. Una volta completato con successo, questo modulo può essere prodotto sul mercato e può essere utilizzato dai fornitori di servizi energetici in tutto il mondo.