Tehonkulutuksen mittaaminen sähkömittarin S0-pulssilähdöstä
Naukkarinen, Toni (2018)
Kandidaatintyö
Naukkarinen, Toni
2018
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018082734154
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018082734154
Tiivistelmä
Asennetun aurinkovoiman pientuotannon määrä Suomessa on nopeassa kasvussa. Tuottajalle edullisinta on käyttää tuotettu sähköenergia itse sen sijaan, että se syötettäisiin sähköverkkoon. Omakäyttöasteen parantamiseen käytetään kuormanohjausta, jonka avulla kiinteistön suurien kuormien käyttöaika voidaan siirtää päivän aurinkoisemmille tunneille. Kotitaloudessa tällainen kuorma on esimerkiksi lämminvesivaraaja. Kuormanohjaus voidaan toteuttaa aurinkovoimalan tuotantotiedon perusteella tai tuotanto- ja kulutustiedon yhdistelmänä. Jos ohjausta tehdään pelkän tuotantotiedon perusteella, voi ohjattava kuorma joutua silti ostosähkön varaan, koska muuta kulutusta kiinteistössä ei voida ottaa huomioon. Tämän vuoksi ohjauksen kannalta on hyödyllistä saada kulutustieto mukaan.
Tehonkulutusta voidaan arvioida sähkömittarin S0-pulssilähdöstä, joka on käytännössä jokaisessa Suomessa käytössä olevassa sähkömittarissa. Koska jokaisessa sähköverkkoon liitetyssä kiinteistössä on sähkömittari, on tämä kätevä tapa tehonkulutustiedon saantiin, koska erillistä mittauslaitteistoa ei tarvitse asentaa. Sähkömittarin pulssilähtö tarjoaa mittarin mallista riippuvan määrän sähköisiä pulsseja siirrettyä kilowattituntia kohden. Kun tiedetään kahden pulssin välillä kulunut aika, voidaan laskea keskiarvo tehonkulutuksesta. Kulutustieto ei ole tässä tapauksessa reaaliaikaista, eikä tarkinta mahdollista, mutta tarkkuus riittää kuormanohjauksen toteuttamiseen.
Tässä kandidaatintyössä esitellään kaksi yleisintä sähkömittarityyppiä sekä niistä löytyvän S0-pulssilähdön toimintaperiaate. Lisäksi esitellään tapa tehonkulutuksen laskemiseen sähkömittarin S0-pulssilähtöä hyödyntäen. Työssä on rakennettu myös prototyyppilaitteisto kulutustiedon laskemiseen ja esittämiseen. Prototyyppi on rakennettu Espressifin ESP32-mikrokontrollerille ja lähettää kulutustiedon Bluetooth Low Energy-tiedonsiirtoprotokollan avulla Eddystone-URL-kehyksiä käyttäen. Small-scale production of solar energy is currently growing fast in Finland. For a household producer, the most benefit is gained from a photovoltaic system when as much of the produced energy as possible is used in the household, rather than exporting it to the grid. For maximizing the used energy load control systems are used. Using a load control system, it is possible to transfer the use time of large loads to daytime when the solar system is producing energy. And example of a large load in a household is a water heater. Load control can be done by using information of current production or a combination of consumption and production data. When using only information of production, the other power usage in the household cannot be considered. This can lead to a situation where power must be imported even though the photovoltaic system is producing energy. Combining power usage with production data prevents this issue.
Because every household connected to the grid has an electricity meter, it is an interesting method for approximating instantaneous power. Using an electricity meter for this purpose eliminates the need for additional equipment. Almost every electricity meter has an S0 pulse output, which gives a model-dependent amount of electric pulses per transferred kilowatthour. When the time between two sequential pulses is known, the instantaneous power can be calculated. The power acquired in this way is not real-time and not highly accurate, but it can be used for load control purposes.
This bachelor’s thesis presents the two types of electricity meters and a way to calculate power consumption using the S0 pulse output of an electricity meter. In addition, a prototype device for this purpose is presented. The prototype is built using ESP32 microcontroller made by Espressif and it sends the consumption data using Bluetooth Low Energy and Eddystone-URL frames.
Tehonkulutusta voidaan arvioida sähkömittarin S0-pulssilähdöstä, joka on käytännössä jokaisessa Suomessa käytössä olevassa sähkömittarissa. Koska jokaisessa sähköverkkoon liitetyssä kiinteistössä on sähkömittari, on tämä kätevä tapa tehonkulutustiedon saantiin, koska erillistä mittauslaitteistoa ei tarvitse asentaa. Sähkömittarin pulssilähtö tarjoaa mittarin mallista riippuvan määrän sähköisiä pulsseja siirrettyä kilowattituntia kohden. Kun tiedetään kahden pulssin välillä kulunut aika, voidaan laskea keskiarvo tehonkulutuksesta. Kulutustieto ei ole tässä tapauksessa reaaliaikaista, eikä tarkinta mahdollista, mutta tarkkuus riittää kuormanohjauksen toteuttamiseen.
Tässä kandidaatintyössä esitellään kaksi yleisintä sähkömittarityyppiä sekä niistä löytyvän S0-pulssilähdön toimintaperiaate. Lisäksi esitellään tapa tehonkulutuksen laskemiseen sähkömittarin S0-pulssilähtöä hyödyntäen. Työssä on rakennettu myös prototyyppilaitteisto kulutustiedon laskemiseen ja esittämiseen. Prototyyppi on rakennettu Espressifin ESP32-mikrokontrollerille ja lähettää kulutustiedon Bluetooth Low Energy-tiedonsiirtoprotokollan avulla Eddystone-URL-kehyksiä käyttäen.
Because every household connected to the grid has an electricity meter, it is an interesting method for approximating instantaneous power. Using an electricity meter for this purpose eliminates the need for additional equipment. Almost every electricity meter has an S0 pulse output, which gives a model-dependent amount of electric pulses per transferred kilowatthour. When the time between two sequential pulses is known, the instantaneous power can be calculated. The power acquired in this way is not real-time and not highly accurate, but it can be used for load control purposes.
This bachelor’s thesis presents the two types of electricity meters and a way to calculate power consumption using the S0 pulse output of an electricity meter. In addition, a prototype device for this purpose is presented. The prototype is built using ESP32 microcontroller made by Espressif and it sends the consumption data using Bluetooth Low Energy and Eddystone-URL frames.