Hệ thống giám sát năng lượng thông minh: 3 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Nhu cầu năng lượng đang tăng lên từng ngày, Hiện nay, năng lượng điện tiêu thụ của người sử dụng trong một khu vực được theo dõi và tính toán bằng các chuyến thăm thực địa thường xuyên do các kỹ thuật viên của bộ phận điện lực thực hiện để tính toán giá năng lượng. Đây là một công việc tốn nhiều thời gian vì sẽ có hàng nghìn ngôi nhà trong một khu vực và nhiều căn hộ trong cùng một căn hộ. Khi nói đến một thành phố hoặc thị trấn, đây là một quá trình rất bận rộn. Không có quy định nào để kiểm tra hoặc phân tích mức tiêu thụ năng lượng riêng lẻ của các ngôi nhà trong một khoảng thời gian cũng như lập báo cáo về dòng năng lượng trong một khu vực nhất định. Đây chỉ là trường hợp ở nhiều nơi trên thế giới.

Không có giải pháp hiện có nào được thực hiện để giải quyết vấn đề trên. Do đó, chúng tôi đang phát triển một hệ thống giám sát năng lượng thông minh giúp dễ dàng kiểm tra, giám sát, phân tích và tính toán giá năng lượng. Hệ thống STEMS cũng sẽ cho phép tạo các biểu đồ và báo cáo cụ thể của người dùng hoặc khu vực cụ thể để phân tích mức tiêu thụ năng lượng và dòng năng lượng.

Bước 1: Quy trình làm việc

Mô-đun STEMS chủ yếu bao gồm mô-đun Seeedstudio Wio LTE được cấp một mã người dùng duy nhất để xác định đơn vị nhà ở cụ thể nơi mức tiêu thụ năng lượng phải được đo. Mức tiêu thụ điện năng sẽ được theo dõi bởi mô-đun Wio LTE với sự trợ giúp của cảm biến dòng điện được giao diện bằng kết nối cụm tương tự.

Dữ liệu tiêu thụ năng lượng, mã người dùng duy nhất và vị trí (GPS / GNSS tích hợp sẵn của Wio) của mô-đun sẽ được tải lên đám mây STEMS (được lưu trữ tại AWS) theo thời gian thực bằng kết nối Wio LTE và Soracom Global SIM. Dữ liệu từ đám mây có thể được truy cập và phân tích để tính toán mức tiêu thụ năng lượng riêng lẻ, tạo biểu đồ năng lượng cá nhân và tập thể, tạo báo cáo năng lượng và để kiểm tra năng lượng chi tiết. Các rơ le cũng được kết nối với nhau để ngắt các thiết bị được kết nối trong trường hợp mức tiêu thụ năng lượng vượt quá giới hạn ngưỡng. Một mô-đun hiển thị LCD có thể được tích hợp vào mô-đun STEMS cục bộ để hiển thị các giá trị đo năng lượng theo thời gian thực. Hệ thống sẽ hoạt động độc lập nếu nguồn điện di động như pin khô hoặc pin Li-Po được gắn vào. Thiết lập Thiết lập phần cứng được mô tả bên dưới:

Thiết lập phần cứng STEMS

Tín hiệu GPS được phát hiện yếu hơn bên trong tòa nhà. Nhưng một khi các mô-đun được chuyển ra bên ngoài, chúng tôi sẽ bắt đầu nhận được sự tiếp nhận tốt. Tọa độ GPS nhận được từ mô-đun được so sánh với tọa độ GPS thực trong Google Maps. Một lượng chính xác đã thu được.

Nguồn điện từ nguồn điện xoay chiều được lấy và đi qua cảm biến dòng điện được tích hợp vào mạch điện gia dụng. Dòng điện xoay chiều đi qua tải được cảm nhận bởi mô-đun cảm biến dòng điện và dữ liệu đầu ra từ cảm biến được đưa đến chân tương tự của mô-đun WIO LTE. Sau khi mô-đun WIO nhận đầu vào tương tự, phép đo công suất / năng lượng nằm trong chương trình. Công suất và năng lượng được tính toán sau đó được hiển thị trên mô-đun màn hình LCD.

Trong phân tích mạch điện xoay chiều, cả điện áp và dòng điện đều biến thiên hình sin theo thời gian.

Công suất thực (P): Đây là công suất được thiết bị sử dụng để tạo ra công việc hữu ích. Nó được biểu thị bằng kW.

Công suất thực = Điện áp (V) x Dòng điện (I) x cosΦ

Công suất phản kháng (Q): Đây thường được gọi là công suất tưởng tượng, là thước đo công suất dao động giữa nguồn và tải, không có tác dụng hữu ích. Nó được biểu thị bằng kVAr

Công suất phản kháng = Điện áp (V) x Dòng điện (I) x sinΦ

Công suất biểu kiến (S): Nó được định nghĩa là sản phẩm của Điện áp gốc-trung bình-vuông (RMS) và dòng điện RMS. Điều này cũng có thể được định nghĩa là kết quả của công suất phản kháng và thực. Nó được thể hiện bằng kVA

Công suất biểu kiến = Điện áp (V) x Dòng điện (I)

Mối quan hệ giữa Thực tế, Phản ứng và Sức mạnh biểu kiến:

Công suất thực = Công suất biểu kiến x cosΦ

Công suất phản kháng = Công suất biểu kiến x sinΦ

Chúng tôi chỉ quan tâm đến sức mạnh thực sự để phân tích.

Hệ số công suất (pf): Tỉ số giữa công suất thực và công suất biểu kiến trong mạch được gọi là hệ số công suất.

Hệ số công suất = Công suất thực / Công suất biểu kiến

Như vậy, chúng ta có thể đo tất cả các dạng công suất cũng như hệ số công suất bằng cách đo hiệu điện thế và cường độ dòng điện trong mạch. Phần sau đây thảo luận về các bước thực hiện để có được các phép đo cần thiết để tính toán mức tiêu thụ năng lượng.

Đầu ra từ Cảm biến dòng là sóng điện áp xoay chiều. Phép tính sau được thực hiện:

• Đo điện áp đỉnh đến đỉnh (Vpp)
• Chia điện áp đỉnh cho điện áp đỉnh (Vpp) cho hai để có điện áp đỉnh (Vp)
• Nhân Vp với 0,707 để có điện áp rms (Vrms)
• Nhân Độ nhạy của cảm biến hiện tại để có dòng điện rms.
• Vp = Vpp / 2
• Vrms = Vp x 0,707
• Irms = Vrms x Độ nhạy
• Độ nhạy cho mô-đun hiện tại là 200 mV / A.
• Công suất thực (W) = Vrms x Irms x pf
• Vrms = 230V (đã biết)
• pf = 0,85 (đã biết)
• Irms = Có được bằng cách tính trên

Để tính toán chi phí năng lượng, công suất tính bằng oát được chuyển đổi thành năng lượng: Wh = W * (thời gian / 3600000.0) Watt giờ, một đơn vị đo năng lượng điện tương đương với mức tiêu thụ điện là một oát trong một giờ. Đối với kWh: kWh = Wh / 1000 Tổng chi phí năng lượng là: Cost = Cost per kWh * kWh. Thông tin sau đó được hiển thị trên màn hình LCD và đồng thời được ghi vào thẻ SD.

Bước 2: Kiểm tra

Khi thử nghiệm được thực hiện gần ban công, đã thu được một lượng GNSS tương đối.

Bước 3: Kế hoạch tương lai

Một ứng dụng sẽ được tạo để truy cập vào dữ liệu đám mây STEMS để theo dõi mức tiêu thụ năng lượng của người dùng trong thời gian thực và để xem hoặc tạo báo cáo phân tích năng lượng. Có thể dễ dàng nâng cấp mô-đun STEMS do khả năng tương thích với Arduino IDE. Sau khi hoàn thành thành công, mô-đun này có thể được sản xuất trên thị trường và có thể được sử dụng bởi các nhà cung cấp dịch vụ năng lượng trên toàn thế giới.