Интеллектуальная система мониторинга энергии: 3 шага

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:05

Спрос на энергию растет день ото дня. В настоящее время потребление электроэнергии пользователями в определенной области отслеживается и рассчитывается путем частых выездов на места технических специалистов из отдела электроэнергетики для расчета тарифов на электроэнергию. Это трудоемкая задача, так как в районе будут тысячи домов и множество квартир в одних и тех же квартирах. Когда дело касается города или поселка, это очень беспокойный процесс. Нет никаких условий для проверки или анализа индивидуального энергопотребления домов за определенный период времени, а также для создания отчета о потоках энергии в определенной области. Так обстоит дело во многих местах мира.

Решения для решения вышеуказанной проблемы отсутствуют. Поэтому мы разрабатываем интеллектуальную систему мониторинга энергии, которая упростит проверку, мониторинг, анализ и расчет тарифов на электроэнергию. Система STEMS дополнительно позволит создавать диаграммы и отчеты для конкретных пользователей или территорий, чтобы анализировать потребление энергии и потоки энергии.

Шаг 1. Рабочий процесс

Модуль STEMS в основном состоит из модуля Seeedstudio Wio LTE, которому присваивается уникальный код пользователя, позволяющий идентифицировать конкретную жилую единицу, в которой необходимо измерить потребление энергии. Потребляемая мощность будет контролироваться модулем Wio LTE с помощью датчика тока, подключенного через аналоговое соединение Grove.

Данные о потреблении энергии, уникальный код пользователя и местоположение (встроенный в Wio GPS / GNSS) модуля будут загружены в облако STEMS (размещенное на AWS) в режиме реального времени с использованием подключения Wio LTE и Soracom Global SIM. Доступ к данным из облака можно получить и проанализировать для расчета индивидуального энергопотребления, создания индивидуальных и коллективных энергетических диаграмм, создания отчетов об энергопотреблении и для детальной проверки энергопотребления. Реле также имеют интерфейс для отключения подключенных устройств в случае, если потребление энергии превышает пороговые значения. Модуль ЖК-дисплея может быть интегрирован в локальный модуль STEMS для отображения значений измерения энергии в реальном времени. Система будет работать независимо, если к ней подключен портативный источник питания, например, сухая батарея или батарея Li-Po. Настройка Настройка оборудования изображена ниже:

STEMS Настройка оборудования

Внутри здания сигнал GPS оказался слабее. Но как только модули вынесут наружу, мы получим хороший прием. GPS-координаты, полученные от модуля, сравнивались с фактическими GPS-координатами в Google Maps. Была получена изрядная точность.

Питание от сети переменного тока поступает и проходит через датчик тока, встроенный в бытовую цепь. Переменный ток, проходящий через нагрузку, воспринимается модулем датчика тока рощи, а выходные данные датчика подаются на аналоговый вывод модуля WIO LTE. Как только аналоговый вход получен модулем WIO, измерение мощности / энергии выполняется внутри программы. Расчетная мощность и энергия затем отображаются на модуле ЖК-дисплея.

При анализе цепей переменного тока и напряжение, и ток изменяются синусоидально со временем.

Реальная мощность (P): это мощность, используемая устройством для выполнения полезной работы. Выражается в кВт.

Активная мощность = напряжение (В) x ток (I) x cosΦ

Реактивная мощность (Q): это часто называют мнимой мощностью, которая является мерой мощности, колеблющейся между источником и нагрузкой и не выполняющей полезной работы. Она выражается в кВАр.

Реактивная мощность = напряжение (В) x ток (I) x sinΦ

Полная мощность (S): определяется как произведение среднеквадратичного напряжения (RMS) и среднеквадратичного тока. Это также можно определить как равнодействующую активной и реактивной мощности. Выражается в кВА.

Полная мощность = напряжение (В) x ток (I)

Соотношение между реальной, реактивной и полной мощностью:

Реальная мощность = Полная мощность x cosΦ

Реактивная мощность = Полная мощность x sinΦ

Нас интересует только Реальная мощность анализа.

Коэффициент мощности (pf): отношение реальной мощности к полной мощности в цепи называется коэффициентом мощности.

Коэффициент мощности = реальная мощность / полная мощность

Таким образом, мы можем измерять любую мощность, а также коэффициент мощности, измеряя напряжение и ток в цепи. В следующем разделе обсуждаются шаги, предпринятые для получения измерений, необходимых для расчета энергопотребления.

Выходной сигнал датчика тока представляет собой волну переменного напряжения. Сделан следующий расчет:

• Измерение размаха напряжения (Vpp)
• Разделите размах напряжения (Vpp) на два, чтобы получить пиковое напряжение (Vp).
• Умножьте Vp на 0,707, чтобы получить действующее значение напряжения (Vrms).
• Умножьте чувствительность датчика тока, чтобы получить среднеквадратичное значение тока.
• Vp = Vpp / 2
• Vrms = Vp x 0,707
• Irms = Vrms x Чувствительность
• Чувствительность модуля тока составляет 200 мВ / А.
• Активная мощность (Вт) = Vrms x Irms x pf
• Vrms = 230 В (известное)
• pf = 0,85 (известно)
• Irms = Получено с использованием вышеуказанного расчета

Для расчета стоимости энергии мощность в ваттах преобразуется в энергию: Втч = Вт * (время / 3600000,0) Ватт-час - мера электрической энергии, эквивалентная потребляемой мощности в один ватт за один час. Для кВтч: кВтч = Втч / 1000 Общая стоимость энергии составляет: Стоимость = Стоимость за кВтч * кВтч. Информация затем отображается на ЖК-дисплее и одновременно записывается на SD-карту.

Шаг 2: тестирование

Поскольку тестирование проводилось возле балкона, был получен хороший прием GNSS.

Шаг 3: планы на будущее

Будет создано приложение для доступа к облачным данным STEMS для мониторинга энергопотребления пользователей в режиме реального времени и для просмотра или создания отчетов по анализу энергопотребления. Обновление модуля STEMS можно легко выполнить благодаря совместимости с Arduino IDE. После успешного завершения этот модуль может быть произведен на рынке и может использоваться поставщиками энергоуслуг по всему миру.