نظام مراقبة الطاقة الذكي: 3 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:39

يتزايد الطلب على الطاقة يومًا بعد يوم ، في الوقت الحالي ، يتم مراقبة استهلاك الطاقة الكهربائية من المستخدمين في منطقة ما وحسابه من خلال الزيارات الميدانية المتكررة التي يقوم بها الفنيون من قسم الكهرباء لحساب أجرة الطاقة. هذه مهمة تستغرق وقتًا طويلاً حيث سيكون هناك آلاف المنازل في المنطقة والعديد من الشقق في نفس الشقق. عندما يتعلق الأمر بمدينة أو بلدة ، فهذه عملية محمومة للغاية. لا يوجد شرط لفحص أو تحليل استهلاك الطاقة الفردي للمنازل في فترة زمنية أو إنشاء تقرير عن تدفق الطاقة في منطقة معينة. هذا هو الحال في العديد من الأماكن في العالم.

لا توجد حلول حالية منفذة لمعالجة المشكلة المذكورة أعلاه. ومن ثم ، فإننا نعمل على تطوير نظام ذكي لمراقبة الطاقة من شأنه تسهيل عمليات الفحص والمراقبة والتحليل وحساب أجرة الطاقة. سيسمح نظام STEMS أيضًا بإنشاء مخططات وتقارير خاصة بالمستخدم أو منطقة محددة لتحليل استهلاك الطاقة وتدفق الطاقة.

الخطوة 1: سير العمل

تتكون وحدة STEMS بشكل أساسي من وحدة Seeedstudio Wio LTE والتي يتم منحها رمز مستخدم فريد لتحديد الوحدة السكنية الخاصة حيث يجب قياس استهلاك الطاقة. ستتم مراقبة استهلاك الطاقة بواسطة وحدة Wio LTE بمساعدة مستشعر التيار المتصل باستخدام اتصال البستان التناظري.

سيتم تحميل بيانات استهلاك الطاقة ، ورمز المستخدم الفريد والموقع (GPS / GNSS المدمج في Wio) للوحدة إلى STEMS cloud (المستضافة في AWS) في الوقت الفعلي باستخدام اتصال Wio LTE و Soracom Global SIM. يمكن الوصول إلى البيانات من السحابة وتحليلها لحساب استهلاك الطاقة الفردي ، وإنشاء مخططات طاقة فردية وجماعية ، وتوليد تقارير الطاقة وللفحص التفصيلي للطاقة. يتم ربط المرحلات أيضًا بقطع الأجهزة المتصلة في حالة تجاوز استهلاك الطاقة حدود العتبة. يمكن دمج وحدة شاشة LCD في وحدة STEMS المحلية لعرض قيم قياس الطاقة في الوقت الفعلي. سيعمل النظام بشكل مستقل في حالة توصيل مصدر طاقة محمول مثل بطارية الخلية الجافة أو بطارية Li-Po. الإعداد تم توضيح إعداد الجهاز أدناه:

إعداد أجهزة STEMS

تم العثور على إشارة GPS أضعف داخل المبنى. ولكن بمجرد نقل الوحدات إلى الخارج ، سنبدأ في تلقي استقبال جيد. تمت مقارنة إحداثيات GPS المستلمة من الوحدة بإحداثيات GPS الفعلية في خرائط Google. تم الحصول على قدر لا بأس به من الدقة.

يتم سحب الطاقة من أنابيب التيار المتردد وتمريرها عبر مستشعر التيار المدمج في الدائرة المنزلية. يتم استشعار تيار التيار المتردد الذي يمر عبر الحمل بواسطة وحدة استشعار تيار البستان ويتم تغذية بيانات الإخراج من المستشعر إلى الدبوس التناظري لوحدة WIO LTE. بمجرد تلقي الإدخال التناظري بواسطة وحدة WIO ، يكون قياس الطاقة / الطاقة داخل البرنامج. ثم يتم عرض الطاقة والطاقة المحسوبة على وحدة شاشة LCD.

في تحليل دارة التيار المتردد ، يتغير كل من الجهد والتيار جيبيًا مع مرور الوقت.

القوة الحقيقية (P): هي الطاقة التي يستخدمها الجهاز لإنتاج عمل مفيد. يتم التعبير عنها بالكيلوواط.

القوة الحقيقية = الجهد (V) x الحالي (I) x cosΦ

القدرة التفاعلية (Q): تسمى هذه القدرة غالبًا القوة التخيلية وهي مقياس للقوة تتأرجح بين المصدر والحمل ، ولا تؤدي إلى أي عمل مفيد ، ويتم التعبير عنها في kVAr

الطاقة التفاعلية = الجهد (V) x الحالي (I) x sinΦ

القوة الظاهرة (S): تُعرَّف على أنها ناتج جهد الجذر التربيعي (RMS) وتيار RMS. يمكن تعريف هذا أيضًا على أنه ناتج عن القوة الحقيقية والمتفاعلة. يتم التعبير عنها في kVA

القوة الظاهرة = الجهد (V) x الحالي (I)

العلاقة بين القوة الحقيقية والتفاعلية والظاهرة:

القوة الحقيقية = القوة الظاهرة x cosΦ

القوة التفاعلية = القوة الظاهرة x الخطيئةΦ

نحن مهتمون فقط بالقوة الحقيقية للتحليل.

عامل القدرة (pf): نسبة القدرة الحقيقية إلى القدرة الظاهرة في دائرة ما يسمى عامل القدرة.

عامل القدرة = القوة الحقيقية / القوة الظاهرة

وبالتالي ، يمكننا قياس كل أشكال الطاقة بالإضافة إلى عامل القدرة عن طريق قياس الجهد والتيار في الدائرة. يناقش القسم التالي الخطوات المتخذة للحصول على القياسات المطلوبة لحساب استهلاك الطاقة.

الناتج من مستشعر التيار هو موجة جهد تيار متردد. يتم الحساب التالي:

• قياس الجهد الذروة إلى الذروة (Vpp)
• قسّم الذروة إلى ذروة الجهد (Vpp) على اثنين للحصول على ذروة الجهد (Vp)
• اضرب Vp ب 0.707 للحصول على جهد جذر متوسط التربيع (Vrms)
• اضرب حساسية المستشعر الحالي للحصول على جذر متوسط التربيع الحالية.
• نائب الرئيس = Vpp / 2
• Vrms = Vp × 0.707
• Irms = حساسية Vrms x
• تبلغ حساسية الوحدة الحالية 200 مللي فولت / أمبير.
• القوة الحقيقية (W) = Vrms x Irms x pf
• Vrms = 230 فولت (معروف)
• pf = 0.85 (معروف)
• Irms = تم الحصول عليها باستخدام الحساب أعلاه

لحساب تكلفة الطاقة ، يتم تحويل الطاقة بالواط إلى طاقة: Wh = W * (time / 3600000.0) Watt / ساعة مقياس للطاقة الكهربائية يعادل استهلاك طاقة واحد وات لمدة ساعة واحدة. للكيلوواط في الساعة: kWh = Wh / 1000 التكلفة الإجمالية للطاقة هي: التكلفة = التكلفة لكل كيلو واط في الساعة * كيلو واط في الساعة ، ثم يتم عرض المعلومات على شاشة LCD ويتم كتابتها في نفس الوقت على بطاقة SD.

الخطوة الثانية: الاختبار

أثناء إجراء الاختبار بالقرب من الشرفة ، تم الحصول على قدر لا بأس به من استقبال نظام GNSS.

الخطوة الثالثة: الخطط المستقبلية

سيتم إنشاء تطبيق للوصول إلى البيانات السحابية STEMS لمراقبة استهلاك الطاقة للمستخدم في الوقت الفعلي ولعرض أو إنشاء تقارير تحليل الطاقة. يمكن إجراء ترقية إلى وحدة STEMS بسهولة بسبب توافق Arduino IDE. بمجرد الانتهاء بنجاح ، يمكن إنتاج هذه الوحدة في السوق ويمكن استخدامها من قبل مقدمي خدمات الطاقة في جميع أنحاء العالم.