Sistema de monitoreo de energía inteligente: 3 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

La demanda de energía aumenta día a día. Actualmente, el consumo de energía eléctrica de los usuarios en un área es monitoreado y calculado mediante frecuentes visitas de campo realizadas por técnicos del departamento de electricidad para el cálculo de la tarifa energética. Esta es una tarea que requiere mucho tiempo, ya que habrá miles de casas en un área y numerosos apartamentos en los mismos pisos. Cuando se trata de una ciudad o pueblo, este es un proceso muy agitado. No existe ninguna disposición para verificar o analizar el consumo de energía individual de las casas en un período de tiempo ni para crear un informe de flujo de energía en un área determinada. Este es el caso en muchos lugares del mundo.

No existen soluciones implementadas para abordar el problema anterior. Por lo tanto, estamos desarrollando un sistema inteligente de monitoreo de energía que facilitará la inspección, el monitoreo, el análisis y el cálculo de la tarifa energética. El sistema STEMS permitirá además generar gráficos e informes específicos del usuario o del área para analizar el consumo de energía y el flujo de energía.

Paso 1: flujo de trabajo

El módulo STEMS comprende principalmente el módulo Seeedstudio Wio LTE al que se le asigna un código de usuario único para identificar la unidad de vivienda particular donde se debe medir el consumo de energía. El consumo de energía será monitoreado por el módulo Wio LTE con la ayuda de un sensor de corriente interconectado usando la conexión de arboleda analógica.

Los datos de consumo de energía, el código de usuario único y la ubicación (GPS / GNSS incorporado de Wio) del módulo se cargarán en la nube STEMS (alojada en AWS) en tiempo real utilizando la conectividad Wio LTE y la SIM global de Soracom. Se puede acceder y analizar los datos de la nube para calcular el consumo de energía individual, generar gráficos de energía individuales y colectivos, generar informes de energía y para una inspección energética detallada. Los relés también están interconectados para cortar los aparatos conectados en caso de que el consumo de energía supere los límites del umbral. Se puede integrar un módulo de pantalla LCD en el módulo STEMS local para mostrar valores de medición de energía en tiempo real. El sistema funcionará de forma independiente si se conecta una fuente de alimentación portátil, como una batería de celda seca o una batería de Li-Po. Configuración La configuración del hardware se muestra a continuación:

Configuración de hardware STEMS

Se encontró que la señal de GPS era más débil dentro del edificio. Pero una vez que los módulos se muevan al exterior, comenzaremos a tener una buena recepción. Las coordenadas GPS recibidas del módulo se compararon con las coordenadas GPS reales en Google Maps. Se obtuvo una buena cantidad de precisión.

La energía de la red de CA se extrae y pasa a través del sensor de corriente que está integrado en el circuito doméstico. La corriente CA que pasa a través de la carga es detectada por el módulo del sensor de corriente de la arboleda y los datos de salida del sensor se alimentan al pin analógico del módulo WIO LTE. Una vez que el módulo WIO recibe la entrada analógica, la medición de potencia / energía está dentro del programa. La potencia y la energía calculadas se muestran en el módulo de pantalla LCD.

En el análisis de circuitos de CA, tanto el voltaje como la corriente varían sinusoidalmente con el tiempo.

Potencia real (P): esta es la potencia utilizada por el dispositivo para producir un trabajo útil. Se expresa en kW.

Potencia real = Voltaje (V) x Corriente (I) x cosΦ

Potencia reactiva (Q): Suele denominarse potencia imaginaria que es una medida de la potencia que oscila entre la fuente y la carga, que no realiza ningún trabajo útil. Se expresa en kVAr

Potencia reactiva = Voltaje (V) x Corriente (I) x sinΦ

Potencia aparente (S): se define como el producto del voltaje de la raíz cuadrada media (RMS) y la corriente RMS. Esto también se puede definir como la resultante de la potencia real y reactiva. Se expresa en kVA.

Potencia aparente = Voltaje (V) x Corriente (I)

La relación entre potencia real, reactiva y aparente:

Potencia real = Potencia aparente x cosΦ

Potencia reactiva = potencia aparente x senΦ

Solo nos preocupa el poder real para el análisis.

Factor de potencia (pf): la relación entre la potencia real y la potencia aparente en un circuito se denomina factor de potencia.

Factor de potencia = potencia real / potencia aparente

Por lo tanto, podemos medir todas las formas de potencia, así como el factor de potencia, midiendo el voltaje y la corriente en el circuito. En la siguiente sección se analizan los pasos dados para obtener las medidas necesarias para calcular el consumo de energía.

La salida del sensor de corriente es una onda de voltaje CA. Se realizan los siguientes cálculos:

• Medición del voltaje pico a pico (Vpp)
• Divida el voltaje pico a pico (Vpp) por dos para obtener el voltaje pico (Vp)
• Multiplique Vp por 0,707 para obtener el voltaje rms (Vrms)
• Multiplique la Sensibilidad del sensor de corriente para obtener la corriente rms.
• Vp = Vpp / 2
• Vrms = Vp x 0,707
• Irms = Vrms x Sensibilidad
• La sensibilidad del módulo de corriente es de 200 mV / A.
• Potencia real (W) = Vrms x Irms x pf
• Vrms = 230V (conocido)
• pf = 0.85 (conocido)
• Irms = Obtenido usando el cálculo anterior

Para calcular el costo de la energía, la potencia en vatios se convierte en energía: Wh = W * (tiempo / 3600000.0) Watt hora una medida de energía eléctrica equivalente a un consumo de energía de un vatio durante una hora. Para kWh: kWh = Wh / 1000 El costo total de energía es: Costo = Costo por kWh * kWh. La información se muestra en la pantalla LCD y se escribe simultáneamente en la tarjeta SD.

Paso 2: prueba

Como la prueba se realizó cerca del balcón, se obtuvo una buena cantidad de recepción GNSS.

Paso 3: planes futuros

Se creará una aplicación para acceder a los datos de la nube STEMS para monitorear el consumo de energía del usuario en tiempo real y para ver o generar informes de análisis de energía. Una actualización del módulo STEMS se puede realizar fácilmente debido a la compatibilidad con Arduino IDE. Una vez completado con éxito, este módulo puede producirse en el mercado y ser utilizado por proveedores de servicios energéticos en todo el mundo.