Sistema de monitoramento de energia inteligente: 3 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

A demanda de energia aumenta a cada dia. Atualmente, o consumo de energia elétrica dos usuários de uma área é monitorado e calculado por meio de frequentes visitas de campo feitas por técnicos do setor de eletricidade para o cálculo da tarifa de energia. Esta é uma tarefa demorada, pois haverá milhares de casas em uma área e vários apartamentos nos mesmos apartamentos. Quando se trata de uma cidade ou vilarejo, esse é um processo muito agitado. Não há previsão de verificar ou analisar o consumo individual de energia das residências em um determinado período de tempo, nem criar um relatório do fluxo de energia em uma determinada área. Este é apenas o caso em muitos lugares do mundo.

Não existem soluções implementadas para resolver o problema acima. Por isso, estamos desenvolvendo um sistema de monitoramento de energia inteligente que facilitará a inspeção, o monitoramento, a análise e o cálculo da tarifa de energia. O sistema STEMS permitirá, adicionalmente, gerar gráficos e relatórios específicos do usuário ou da área para analisar o consumo de energia e o fluxo de energia.

Etapa 1: Fluxo de Trabalho

O módulo STEMS compreende principalmente o módulo Seeedstudio Wio LTE, que recebe um código de usuário exclusivo para identificar a unidade de habitação em que o consumo de energia deve ser medido. O consumo de energia será monitorado pelo módulo Wio LTE com a ajuda de um sensor de corrente interfaceado usando a conexão analógica do bosque.

Os dados de consumo de energia, o código de usuário exclusivo e a localização (Wio GPS / GNSS embutido) do módulo serão carregados para a nuvem STEMS (hospedada na AWS) em tempo real usando a conectividade Wio LTE e Soracom Global SIM. Os dados da nuvem podem ser acessados e analisados para calcular o consumo individual de energia, gerar gráficos de energia individuais e coletivos, gerar relatórios de energia e para inspeção energética detalhada. Os relés também têm interface para desligar os aparelhos conectados, caso o consumo de energia ultrapasse os limites. Um módulo de display LCD pode ser integrado ao módulo STEMS local para exibir os valores de medição de energia em tempo real. O sistema funcionará independentemente se uma fonte de alimentação portátil, como bateria de célula seca ou bateria Li-Po, estiver conectada. Configuração A configuração do hardware é descrita abaixo:

STEMS configuração de hardware

O sinal de GPS está mais fraco dentro do prédio. Mas assim que os módulos forem colocados no exterior, começaremos a ter uma boa recepção. As coordenadas GPS recebidas do módulo foram comparadas com as coordenadas GPS reais no Google Maps. Uma boa quantidade de precisão foi obtida.

A energia da rede elétrica CA é retirada e passada através do sensor de corrente que é integrado ao circuito doméstico. A corrente AC que passa pela carga é detectada pelo módulo do sensor de corrente do bosque e os dados de saída do sensor são alimentados ao pino analógico do módulo WIO LTE. Uma vez que a entrada analógica é recebida pelo módulo WIO, a medição de potência / energia fica dentro do programa. A potência e a energia calculadas são então exibidas no módulo de display LCD.

Na análise do circuito CA, tanto a tensão quanto a corrente variam senoidalmente com o tempo.

Potência real (P): é a potência usada pelo dispositivo para produzir trabalho útil. É expresso em kW.

Potência real = Tensão (V) x Corrente (I) x cosΦ

Potência reativa (Q): muitas vezes chamada de potência imaginária, que é uma medida da potência que oscila entre a fonte e a carga, que não faz nenhum trabalho útil. É expressa em kVAr

Potência reativa = Tensão (V) x Corrente (I) x sinΦ

Potência aparente (S): É definida como o produto da Tensão do Quadrado Médio (RMS) e da Corrente RMS. Isso também pode ser definido como a resultante da potência real e reativa. É expresso em kVA

Potência aparente = Tensão (V) x Corrente (I)

A relação entre potência real, reativa e aparente:

Potência real = potência aparente x cosΦ

Potência reativa = Potência aparente x sinΦ

Estamos preocupados apenas com o poder real para a análise.

Fator de potência (pf): A relação entre a potência real e a potência aparente em um circuito é chamada de fator de potência.

Fator de potência = potência real / potência aparente

Assim, podemos medir todas as formas de potência, bem como o fator de potência, medindo a tensão e a corrente no circuito. A seção a seguir discute as etapas executadas para obter as medições necessárias para calcular o consumo de energia.

A saída do sensor de corrente é uma onda de tensão CA. Os seguintes cálculos são feitos:

• Medindo a tensão de pico a pico (Vpp)
• Divida a tensão de pico a pico (Vpp) por dois para obter a tensão de pico (Vp)
• Multiplique Vp por 0,707 para obter a tensão rms (Vrms)
• Multiplique a sensibilidade do sensor de corrente para obter a corrente eficaz.
• Vp = Vpp / 2
• Vrms = Vp x 0,707
• Irms = Vrms x Sensibilidade
• A sensibilidade do módulo de corrente é 200 mV / A.
• Potência real (W) = Vrms x Irms x pf
• Vrms = 230V (conhecido)
• pf = 0,85 (conhecido)
• Irms = Obtido usando o cálculo acima

Para calcular o custo de energia, a potência em watts é convertida em energia: Wh = W * (tempo / 3600000,0) Watt hora uma medida de energia elétrica equivalente a um consumo de energia de um watt por uma hora. Para kWh: kWh = Wh / 1000O custo total de energia é: Custo = Custo por kWh * kWh. A informação é então exibida no visor LCD e simultaneamente gravada no cartão SD.

Etapa 2: Teste

Como o teste foi feito próximo à varanda, uma boa quantidade de recepção GNSS foi obtida.

Etapa 3: Planos Futuros

Um aplicativo será criado para acessar os dados da nuvem STEMS para monitorar o consumo de energia do usuário em tempo real e para visualizar ou gerar relatórios de análise de energia. Uma atualização para o módulo STEMS pode ser feita facilmente devido à compatibilidade do Arduino IDE. Depois de concluído com sucesso, este módulo pode ser produzido no mercado e pode ser usado por provedores de serviços de energia em todo o mundo.