Système de surveillance de l'énergie intelligent : 3 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:07

La demande d'énergie augmente de jour en jour. Actuellement, la consommation d'énergie électrique des utilisateurs d'une zone est surveillée et calculée par des visites fréquentes sur le terrain effectuées par des techniciens du service d'électricité pour le calcul du prix de l'énergie. C'est une tâche qui prend du temps car il y aura des milliers de maisons dans une zone et de nombreux appartements dans les mêmes appartements. Quand il s'agit d'une ville ou d'un village, c'est un processus très mouvementé. Il n'est pas prévu de vérifier ou d'analyser la consommation d'énergie individuelle des maisons sur une période donnée, ni de créer un rapport sur les flux d'énergie dans une certaine zone. C'est juste le cas dans de nombreux endroits dans le monde.

Il n'y a pas de solutions existantes mises en œuvre pour résoudre le problème ci-dessus. Par conséquent, nous développons un système intelligent de surveillance de l'énergie qui facilitera l'inspection, la surveillance, l'analyse et le calcul des tarifs énergétiques. Le système STEMS permettra en outre de générer des graphiques et des rapports spécifiques à l'utilisateur ou à une zone pour analyser la consommation d'énergie et le flux d'énergie.

Étape 1: Flux de travail

Le module STEMS comprend principalement le module Seeedstudio Wio LTE qui reçoit un code utilisateur unique pour identifier l'unité d'habitation particulière où la consommation d'énergie doit être mesurée. La consommation électrique sera surveillée par le module Wio LTE à l'aide d'un capteur de courant interfacé à l'aide de la connexion analogique du bosquet.

Les données de consommation d'énergie, le code utilisateur unique et l'emplacement (GPS/GNSS intégré Wio) du module seront téléchargés sur le cloud STEMS (hébergé chez AWS) en temps réel à l'aide de la connectivité Wio LTE et de Soracom Global SIM. Les données du cloud peuvent être consultées et analysées pour calculer la consommation d'énergie individuelle, générer des graphiques énergétiques individuels et collectifs, générer des rapports énergétiques et pour une inspection énergétique détaillée. Des relais sont également interfacés pour couper les appareils connectés au cas où la consommation d'énergie dépasserait les limites de seuil. Un module d'affichage LCD peut être intégré au module STEMS local pour afficher les valeurs de mesure d'énergie en temps réel. Le système fonctionnera indépendamment si une source d'alimentation portable telle qu'une batterie sèche ou une batterie Li-Po est connectée. Configuration La configuration matérielle est décrite ci-dessous:

STEMS Configuration matérielle

Le signal GPS s'est avéré plus faible à l'intérieur du bâtiment. Mais une fois les modules déplacés à l'extérieur, nous commencerons à avoir une bonne réception. Les coordonnées GPS reçues du module ont été comparées aux coordonnées GPS réelles dans Google Maps. Une bonne quantité de précision a été obtenue.

L'alimentation du secteur CA est prélevée et transmise à travers le capteur de courant qui est intégré dans le circuit domestique. Le courant alternatif traversant la charge est détecté par le module de capteur de courant Grove et les données de sortie du capteur sont transmises à la broche analogique du module WIO LTE. Une fois l'entrée analogique reçue par le module WIO, la mesure de la puissance/énergie est à l'intérieur du programme. La puissance et l'énergie calculées sont ensuite affichées sur le module d'affichage LCD.

Dans l'analyse des circuits CA, la tension et le courant varient de manière sinusoïdale avec le temps.

Puissance réelle (P): c'est la puissance utilisée par l'appareil pour produire un travail utile. Il est exprimé en kW.

Puissance réelle = tension (V) x courant (I) x cosΦ

Puissance réactive (Q): C'est ce qu'on appelle souvent la puissance imaginaire qui est une mesure de la puissance oscillant entre la source et la charge, qui ne fait aucun travail utile. Elle s'exprime en kVAr

Puissance réactive = tension (V) x courant (I) x sinΦ

Puissance Apparente (S): Elle est définie comme le produit de la Tension Racine-Moyenne (RMS) et du Courant RMS. Celle-ci peut également être définie comme la résultante de la puissance réelle et réactive. Il s'exprime en kVA

Puissance apparente = tension (V) x courant (I)

La relation entre les puissances réelle, réactive et apparente:

Puissance réelle = Puissance apparente x cosΦ

Puissance réactive = Puissance apparente x sinΦ

Nous ne nous intéressons qu'à la Puissance Réelle pour l'analyse.

Facteur de puissance (pf): Le rapport entre la puissance réelle et la puissance apparente dans un circuit est appelé facteur de puissance.

Facteur de puissance = puissance réelle/puissance apparente

Ainsi, nous pouvons mesurer toutes les formes de puissance ainsi que le facteur de puissance en mesurant la tension et le courant dans le circuit. La section suivante traite des étapes suivies pour obtenir les mesures nécessaires au calcul de la consommation d'énergie.

La sortie du capteur de courant est une onde de tension alternative. Le calcul suivant est effectué:

• Mesure de la tension crête à crête (Vpp)
• Divisez la tension crête à crête (Vpp) par deux pour obtenir la tension crête (Vp)
• Multipliez Vp par 0,707 pour obtenir la tension efficace (Vrms)
• Multipliez la sensibilité du capteur de courant pour obtenir le courant efficace.
• Vp = Vpp/2
• Vrms = Vp x 0,707
• Irms = Vrms x Sensibilité
• La sensibilité du module de courant est de 200 mV/A.
• Puissance réelle (W) = Vrms x Irms x pf
• Vrms = 230V (connu)
• pf = 0,85 (connu)
• Irms = Obtenu en utilisant le calcul ci-dessus

Pour calculer le coût de l'énergie, la puissance en watts est convertie en énergie: Wh = W * (temps / 3600000.0)Watt heure une mesure d'énergie électrique équivalente à une consommation électrique d'un watt pendant une heure. Pour le kWh: kWh = Wh / 1000 Le coût énergétique total est: Coût = coût par kWh * kWh. Les informations sont ensuite affichées sur l'écran LCD et écrites simultanément sur la carte SD.

Étape 2: Tester

Comme les tests ont été effectués près du balcon, une bonne quantité de réception GNSS a été obtenue.

Étape 3: Plans futurs

Une application sera créée pour accéder aux données du cloud STEMS afin de surveiller la consommation d'énergie des utilisateurs en temps réel et de visualiser ou de générer des rapports d'analyse énergétique. Une mise à niveau du module STEMS peut être facilement effectuée grâce à la compatibilité Arduino IDE. Une fois terminé avec succès, ce module peut être produit sur le marché et peut être utilisé par les fournisseurs de services énergétiques du monde entier.