智能能源和公用事業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)開源分享

描述

介紹

目前，一個地區(qū)的用戶的電能消耗是通過電力部門的技術人員經(jīng)常實地訪問來監(jiān)測和計算能源費用的。這是一項耗時的任務，因為一個地區(qū)將有數(shù)千棟房屋，同一個公寓內(nèi)將有許多公寓。對于一個城市或城鎮(zhèn)，這是一個非常忙碌的過程。沒有規(guī)定檢查或分析一段時間內(nèi)房屋的個體能源消耗，也沒有創(chuàng)建某個區(qū)域的能量流動報告。世界上許多地方都是如此。

沒有實施解決上述問題的現(xiàn)有解決方案。我們提出了一個智能能源監(jiān)控系統(tǒng)，將簡化能源費用的檢查、監(jiān)控、分析和計算。提議的系統(tǒng)還將允許生成特定于用戶或特定于區(qū)域的圖表和報告，以分析能源消耗和能源流。

智能能源和公用事業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)

Particle Argon 模塊和 Xenon 具有唯一的用戶代碼，以識別必須測量能耗的特定住房單元或區(qū)域。這些模塊將借助一個方便的 Grove 電流傳感器監(jiān)控功耗，該傳感器使用模擬連接進行接口。

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完整的網(wǎng)格圖

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能源部在 Argon 的幫助下建立了 Mesh 網(wǎng)關/云服務，客戶端 Xenon 模塊連接到該服務。模塊的能耗數(shù)據(jù)、唯一的用戶代碼和位置（針對每個設備是固定的）將定期上傳到這個 Mesh/Cloud 網(wǎng)絡。可以訪問和分析來自網(wǎng)格的數(shù)據(jù)，以計算個人能源消耗、生成個人和集體能源圖表、生成能源報告以及進行詳細的能源檢查。

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細胞分裂

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考慮中的整個區(qū)域?qū)⒈粍澐譃榫W(wǎng)狀網(wǎng)絡內(nèi)的單元塊，以便于管理數(shù)據(jù)，如下所示。以這樣一種方式選擇塊，即該塊中存在的粒子設備將能夠覆蓋整個塊，并且每個塊將嘗試容納至少一個粒子設備以具有更大的操作覆蓋范圍。

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網(wǎng)

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該解決方案還通過 Argon 模塊為公用事業(yè)提供防篡改激活/停用服務。市政當局/授權人員使用這些來激活/停用配電箱，以防之前的會費長期未付或因報告任何非法使用公用事業(yè)而產(chǎn)生。如果能耗超過閾值限制，客戶端還可以激活/停用某些設備（一旦它們通過繼電器連接到氬氣模塊）。

工作流程

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工作流程

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來自交流電源的電力被提取并通過集成在家用電路中的電流傳感器。流經(jīng)負載的交流電流由 Grove 電流傳感器模塊感應，傳感器的輸出數(shù)據(jù)被饋送到 Argon 模塊的模擬引腳。一旦接收到模擬輸入，功率/能量的測量就在程序內(nèi)部。然后將計算出的能量發(fā)布到網(wǎng)狀網(wǎng)絡。該信息也顯示在顯示模塊上。為每個房屋提供單獨的繼電器，由能源房屋控制。

設置

在交流電路分析中，電壓和電流都隨時間正弦變化。

實際功率 (P)：這是設備用來產(chǎn)生有用功的功率。它以千瓦表示。

有功功率 = 電壓 (V) x 電流 (I) x cosΦ

無功功率 (Q)：這通常稱為虛功率，它是衡量電源和負載之間振蕩的功率的量度，它沒有做有用的功。它以 kVA 表示。

無功功率 = 電壓 (V) x 電流 (I) x sinΦ

視在功率 (S)：定義為均方根 (RMS) 電壓和 RMS 電流的乘積。這也可以定義為有功功率和無功功率的結(jié)果。以千伏安表示

視在功率 = 電壓 (V) x 電流 (I)

有功功率、無功功率和視在功率之間的關系：

有功功率 = 視在功率 x cosΦ

無功功率 = 視在功率 x sinΦ

我們只關心分析的真實功率。

功率因數(shù) (pf)：電路中的有功功率與視在功率之比稱為功率因數(shù)。

功率因數(shù) = 有功功率/視在功率

因此，我們可以通過測量電路中的電壓和電流來測量所有形式的功率以及功率因數(shù)。以下部分討論了為獲得計算能耗所需的測量值而采取的步驟。

交流電流通常使用電流互感器來測量。電流傳感器是一種霍爾效應電流傳感器，可在感應時準確測量電流。檢測到交流電線周圍的磁場，從而提供等效的模擬輸出電壓。模擬電壓輸出然后由微控制器處理以測量流過負載的電流。

霍爾效應是在電導體上產(chǎn)生電壓差（霍爾電壓），該電壓差與導體中的電流和垂直于電流的磁場相垂直。

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霍爾效應

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電流傳感器的輸出是與通過它的電流成比例的模擬信號。完成以下計算：

• 測量峰峰值電壓 (Vpp)
• 將峰峰值電壓 (Vpp) 除以 2 得到峰值電壓 (Vp)
• 將 Vp 乘以 0.707 得到 rms 電壓 (Vrms)
• 乘以電流傳感器的靈敏度得到 rms 電流。

Vp = Vpp/2

Vrms = Vp x 0.707

Irms = Vrms x 靈敏度

當前模塊的靈敏度為 200 mV/A。

實際功率 (W) = Vrms x Irms x pf

Vrms = 230V （已知）

pf = 0.85 （已知）

Irms = 使用上述計算獲得

為了計算能源成本，以瓦特為單位的功率轉(zhuǎn)換為能量：

Wh = W * (時間 / 3600000.0)

瓦特小時 相當于一小時消耗一瓦特電能的電能計量單位。

千瓦時：

千瓦時 = 時 / 1000

總能源成本為：

成本 = 每千瓦時成本 * 千瓦時。

所有連接都是標準 Grove 連接，具有如下單獨布局：

• Current Sensor => A0
• Relay Module => D4
• Display Unit => D2, D3

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1 / 2 ? SEUMS 項目 [氬氣裝置]

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粒子儀表板使用實時能源使用統(tǒng)計信息進行更新。

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帶有實時數(shù)據(jù)的粒子儀表板

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儀表板還包含用于遠程控制繼電器模塊的 Web 元素。

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繼電器模塊的遠程控制

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測試

看這個在行動

未來的計劃

將創(chuàng)建一個應用程序來訪問 SEUMS 云數(shù)據(jù)，以實時監(jiān)控用戶能源消耗，并查看或生成能源分析報告。