ระบบตรวจสอบพลังงานอัจฉริยะ: 3 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:05

ความต้องการพลังงานเพิ่มขึ้นทุกวัน ปัจจุบันปริมาณการใช้ไฟฟ้าจากผู้ใช้ในพื้นที่ได้รับการตรวจสอบและคำนวณจากการลงพื้นที่บ่อยครั้งโดยช่างเทคนิคจากแผนกไฟฟ้าเพื่อคำนวณค่าโดยสารพลังงาน นี่เป็นงานที่ต้องใช้เวลามาก เนื่องจากจะมีบ้านหลายพันหลังในพื้นที่เดียวกัน และมีอพาร์ทเมนท์จำนวนมากในแฟลตเดียวกัน เมื่อพูดถึงเมืองหรือเมือง นี่เป็นกระบวนการที่วุ่นวายมาก ไม่มีข้อกำหนดในการตรวจสอบหรือวิเคราะห์การใช้พลังงานของบ้านแต่ละหลังในช่วงระยะเวลาหนึ่งหรือเพื่อสร้างรายงานการไหลของพลังงานในบางพื้นที่ นี่เป็นเพียงกรณีในหลายสถานที่ในโลก

ไม่มีวิธีแก้ไขปัญหาที่มีอยู่เพื่อแก้ไขปัญหาข้างต้น ดังนั้นเราจึงพัฒนาระบบตรวจสอบพลังงานอัจฉริยะที่จะช่วยให้การตรวจสอบ ติดตาม วิเคราะห์ และคำนวณค่าโดยสารพลังงานง่ายขึ้น ระบบ STEMS ยังอนุญาตให้สร้างแผนภูมิและรายงานเฉพาะผู้ใช้หรือพื้นที่เฉพาะเพื่อวิเคราะห์การใช้พลังงานและการไหลของพลังงาน

ขั้นตอนที่ 1: เวิร์กโฟลว์

โมดูล STEMS ส่วนใหญ่ประกอบด้วยโมดูล Seeedstudio Wio LTE ซึ่งได้รับรหัสผู้ใช้ที่ไม่ซ้ำกันเพื่อระบุยูนิตที่อยู่อาศัยที่ต้องการวัดการใช้พลังงาน การใช้พลังงานจะถูกตรวจสอบโดยโมดูล Wio LTE ด้วยความช่วยเหลือของเซ็นเซอร์ปัจจุบันที่เชื่อมต่อโดยใช้การเชื่อมต่อแบบแอนะล็อกโกรฟ

ข้อมูลการใช้พลังงาน รหัสผู้ใช้ที่ไม่ซ้ำกัน และตำแหน่ง (Wio inbuilt GPS/GNSS) ของโมดูลจะถูกอัปโหลดไปยัง STEMS cloud (โฮสต์ที่ AWS) แบบเรียลไทม์โดยใช้การเชื่อมต่อ Wio LTE และ Soracom Global SIM ข้อมูลจากคลาวด์สามารถเข้าถึงและวิเคราะห์เพื่อคำนวณการใช้พลังงานแต่ละรายการ สร้างแผนภูมิพลังงานส่วนบุคคลและแบบรวม สร้างรายงานพลังงาน และสำหรับการตรวจสอบพลังงานโดยละเอียด รีเลย์ยังเชื่อมต่อกันเพื่อตัดการเชื่อมต่ออุปกรณ์ในกรณีที่การใช้พลังงานเกินขีดจำกัด โมดูลจอแสดงผล LCD สามารถรวมเข้ากับโมดูล STEMS ในพื้นที่เพื่อแสดงค่าการวัดพลังงานแบบเรียลไทม์ ระบบจะทำงานโดยอิสระหากต่อแหล่งพลังงานแบบพกพา เช่น แบตเตอรี่เซลล์แห้งหรือแบตเตอรี่ Li-Po การติดตั้ง การตั้งค่าฮาร์ดแวร์แสดงไว้ด้านล่าง:

การติดตั้งฮาร์ดแวร์ STEMS

พบว่าสัญญาณ GPS อ่อนลงภายในอาคาร แต่เมื่อย้ายโมดูลออกไปแล้ว เราก็จะเริ่มได้รับการตอบรับที่ดี พิกัด GPS ที่ได้รับจากโมดูลนั้นเปรียบเทียบกับพิกัด GPS จริงใน Google Maps ได้รับความแม่นยำพอสมควร

พลังงานจากไฟ AC ถูกดึงและส่งผ่านเซ็นเซอร์ปัจจุบันซึ่งรวมเข้ากับวงจรในครัวเรือน กระแสไฟ AC ที่ไหลผ่านโหลดจะถูกตรวจจับโดยโมดูลเซ็นเซอร์กระแสไฟโกรฟ และข้อมูลเอาต์พุตจากเซ็นเซอร์จะถูกป้อนไปยังพินอะนาล็อกของโมดูล WIO LTE เมื่อโมดูล WIO ได้รับอินพุตแบบอะนาล็อกแล้ว การวัดกำลัง/พลังงานจะอยู่ภายในโปรแกรม พลังงานและพลังงานที่คำนวณได้จะแสดงบนโมดูลแสดงผล LCD

ในการวิเคราะห์วงจรไฟฟ้ากระแสสลับ ทั้งแรงดันและกระแสจะแปรผันตามไซน์ตามเวลา

พลังงานจริง (P): นี่คือพลังงานที่อุปกรณ์ใช้ในการผลิตงานที่มีประโยชน์ มันแสดงเป็นกิโลวัตต์

พลังงานจริง = แรงดันไฟ (V) x กระแสไฟ (I) x cosΦ

พลังงานรีแอกทีฟ (Q): สิ่งนี้มักเรียกว่ากำลังจินตภาพซึ่งเป็นตัววัดกำลังการสั่นระหว่างแหล่งจ่ายและโหลด ซึ่งไม่มีประโยชน์อะไร มันแสดงเป็น kVAr

พลังงานปฏิกิริยา = แรงดัน (V) x กระแส (I) x sinΦ

พลังงานที่ชัดเจน (S): มันถูกกำหนดให้เป็นผลิตภัณฑ์ของแรงดัน Root-Mean-Square (RMS) และกระแส RMS นอกจากนี้ยังสามารถกำหนดเป็นผลของพลังงานจริงและพลังงานปฏิกิริยา แสดงเป็น kVA

กำลังไฟฟ้าที่ชัดเจน = แรงดันไฟ (V) x กระแสไฟ (I)

ความสัมพันธ์ระหว่างพลังจริง ปฏิกิริยา และพลังที่ชัดเจน:

พลังที่แท้จริง = กำลังที่ชัดเจน x cosΦ

พลังงานปฏิกิริยา = กำลังที่ชัดเจน x sinΦ

เรากังวลเฉพาะพลังที่แท้จริงสำหรับการวิเคราะห์

ตัวประกอบกำลัง (pf): อัตราส่วนของกำลังจริงต่อกำลังไฟฟ้าที่ปรากฎในวงจรเรียกว่าตัวประกอบกำลัง

ตัวประกอบกำลัง = กำลังจริง/กำลังที่มองเห็นได้

ดังนั้นเราสามารถวัดกำลังไฟฟ้าทุกรูปแบบรวมถึงตัวประกอบกำลังด้วยการวัดแรงดันและกระแสในวงจร ส่วนต่อไปนี้จะกล่าวถึงขั้นตอนที่ต้องทำเพื่อให้ได้การวัดที่จำเป็นในการคำนวณการใช้พลังงาน

เอาต์พุตจาก Current Sensor เป็นคลื่นแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ การคำนวณต่อไปนี้เสร็จสิ้น:

• การวัดแรงดันพีคถึงพีค (Vpp)
• แบ่งแรงดันพีคเป็นแรงดันพีค (Vpp) สองครั้งเพื่อรับแรงดันพีค (Vp)
• คูณ Vp ด้วย 0.707 เพื่อรับแรงดัน rms (Vrms)
• คูณความไวของเซ็นเซอร์ปัจจุบันเพื่อรับกระแส rms
• Vp = Vpp/2
• Vrms = Vp x 0.707
• Irms = Vrms x ความไว
• ความไวของโมดูลปัจจุบันคือ 200 mV/A
• พลังที่แท้จริง (W) = Vrms x Irms x pf
• Vrms = 230V (รู้จัก)
• pf = 0.85 (รู้จัก)
• Irms = ได้รับโดยใช้การคำนวณข้างต้น

สำหรับการคำนวณต้นทุนพลังงาน กำลังไฟฟ้าในหน่วยวัตต์จะถูกแปลงเป็นพลังงาน: Wh = W * (เวลา / 360000.0)วัตต์ ชั่วโมง หน่วยวัดพลังงานไฟฟ้าที่เทียบเท่ากับการใช้พลังงานหนึ่งวัตต์เป็นเวลาหนึ่งชั่วโมง สำหรับ kWh: kWh = Wh / 1000ต้นทุนพลังงานทั้งหมดคือ: Cost = Cost per kWh * kWh จากนั้นข้อมูลจะแสดงบนจอ LCD และเขียนไปยังการ์ด SD พร้อมกัน

ขั้นตอนที่ 2: การทดสอบ

เมื่อทำการทดสอบใกล้ระเบียง การรับ GNSS ในปริมาณที่พอเหมาะ

ขั้นตอนที่ 3: แผนในอนาคต

แอปจะถูกสร้างขึ้นเพื่อเข้าถึงข้อมูลระบบคลาวด์ STEMS เพื่อตรวจสอบการใช้พลังงานของผู้ใช้แบบเรียลไทม์ และเพื่อดูหรือสร้างรายงานการวิเคราะห์พลังงาน การอัพเกรดเป็นโมดูล STEMS สามารถทำได้ง่ายเนื่องจากความเข้ากันได้ของ Arduino IDE เมื่อทำสำเร็จแล้ว โมดูลนี้สามารถผลิตออกสู่ตลาดและผู้ให้บริการด้านพลังงานทั่วโลกสามารถใช้ได้