Supervisione della potenza elettrica in una smart grid tramite arduino FACOLTÀ DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA INFORMATICA E AUTOMATICA   TESI DI LAUREA Supervisione della potenza elettrica in una smart grid tramite arduino LAUREANDO Federico Mariani   RELATORE CORRELATORE Prof. Francesco Delli Priscoli Prof. Vincenzo Suraci Salve, sono federico mariani ed il progetto sviluppato è sulla supervisione della poteza elettrica in una smat grid tramite arduino. Anno Accademico 2012/2013

Obiettivi Prototipo per il controllo e il monitoraggio della potenza elettrica sfruttata da strumenti elettrici ed elettronici in una abitazione o un’industria Progettazione: Struttura rete elettrica Potenza elettrica Sistema informatico Realizzazione: Metodi per la misura della corrente Piattaforma Sistema di comunicazione Supervisione della potenza elettrica in una Smart grid tramite arduino LAUREANDO : FEDERICO MARIANI- AA 2012/2013 - SAPIENZA UNIVERSITÀ DI ROMA

Perchè si parla di smart grid? Demand side management Contestualizzazione Perchè si parla di smart grid? Piano 20-20-20 Ridurre del 20% le emissione di CO2 Aumentare del 20% la quota di energia prodotta da fonti rinnovabili Portare al 20% il risparmio energetico Demand side management Supervisione della potenza elettrica in una Smart grid tramite arduino LAUREANDO : FEDERICO MARIANI- AA 2012/2013 - SAPIENZA UNIVERSITÀ DI ROMA

Supervisione della potenza elettrica in una Smart grid tramite arduino Architettura DEFINIZIONE SMART GRID CONTATORE ELETTRONICO ESPANSIONE PROGETTO HAN e smart metering Supervisione della potenza elettrica in una Smart grid tramite arduino LAUREANDO : FEDERICO MARIANI- AA 2012/2013 - SAPIENZA UNIVERSITÀ DI ROMA

Supervisione della potenza elettrica in una Smart grid tramite arduino Progetto Sensore di corrente Microcontrollore Relay Scada Supervisione della potenza elettrica in una Smart grid tramite arduino LAUREANDO : FEDERICO MARIANI- AA 2012/2013 - SAPIENZA UNIVERSITÀ DI ROMA

Supervisione della potenza elettrica in una Smart grid tramite arduino Realizzazione Arduino UNO Relay shield 1.3 per Arduino Sensore di corrente ad effetto hall ACS578 Carichi di prova HTML/PHP Arduino UNO, una piattaforma hardwre software che permette la prototipazione rapida attraverso un linguaggio di programmazione simile al C chiamato wired, Relay shield 1.3 per arduino, un modulo compatibile arduino fornito di 4 relè, i quali vengono collegati ai pin digitali di quest’ultimo e attraverso comandi HIGH, LOW, consentono il controllo di tali, un sensore di corrente ad effetto hall ACS78, è stato scelto tale sensore considerando il prezzo, la grandezza fisica e le caratteristiche elettriche, in quanto è capace di misurare dai +50 Ampere ai -50 Ampere, valori più che sufficienti in ambito domestico, Sono stati utilizzati più carichi di prova così da testare gli algoritmi software per il calcolo della potenza, quindi carichi sia induttivi che resistivi, e infine la supervisione è stata effettuata attraverso due pagine web scritte in hmtl e php, le quali permettono il controllo dei relay e il monitoraggio della potenza. Supervisione della potenza elettrica in una Smart grid tramite arduino LAUREANDO : FEDERICO MARIANI- AA 2012/2013 - SAPIENZA UNIVERSITÀ DI ROMA

Architettura hardware Supervisione della potenza elettrica in una Smart grid tramite arduino LAUREANDO : FEDERICO MARIANI- AA 2012/2013 - SAPIENZA UNIVERSITÀ DI ROMA

Schema di funzionamento Supervisione della potenza elettrica in una Smart grid tramite arduino LAUREANDO : FEDERICO MARIANI- AA 2012/2013 - SAPIENZA UNIVERSITÀ DI ROMA

Calcolo potenza assorbita Potenza attiva in regime sinusoidale: 𝑃= 𝐼 𝑟𝑚𝑠 ∗ 𝑉 𝑟𝑚𝑠 ∗ cos 𝜑 Carico resistivo Carico induttivo Problema sfasamento Cos(φ) = 0.9 Supervisione della potenza elettrica in una Smart grid tramite arduino LAUREANDO : FEDERICO MARIANI- AA 2012/2013 - SAPIENZA UNIVERSITÀ DI ROMA

Calcolo potenza nel software sviluppato Media aritmetica con: M = corrente totale n = numero misure xi = valori campione di corrente Procedura: Ogni milli secondo arduino legge il valore della corrente e lo somma a quelli passati, quindi aggiorna la variabile Dopo 500 millisecondi viene effettuata la media Il valore M viene moltiplicato per la tensione e cos(φ) VALORE NOMINALE CORRENTE E TENSIONE Errore: 10% su carichi induttivi, 5% su carichi resistivi Supervisione della potenza elettrica in una Smart grid tramite arduino LAUREANDO : FEDERICO MARIANI- AA 2012/2013 - SAPIENZA UNIVERSITÀ DI ROMA

Supervisione della potenza elettrica in una Smart grid tramite arduino Taratura Algebricamente Amperometro campione Considerando il sistema sensore/arduino ACS578 - +50 Ampere, -50 Ampere Convertitore A/D arduino: 10bit  1024 segmenti 𝐵𝑡𝑜𝐴= 100 1024 ≅0.097 𝐴 𝑏𝑖𝑡 RETE DUE PORTE Supervisione della potenza elettrica in una Smart grid tramite arduino LAUREANDO : FEDERICO MARIANI- AA 2012/2013 - SAPIENZA UNIVERSITÀ DI ROMA

Comunicazione Struttura server/client , computer/arduino Wamp attraverso porta seriale Grazie a dei programmi scritti in HTML e PHP è stato possibile comunicare con arduino tramite rs232, attraverso librerie esterne (php_serial.class.php) Supervisione della potenza elettrica in una Smart grid tramite arduino LAUREANDO : FEDERICO MARIANI- AA 2012/2013 - SAPIENZA UNIVERSITÀ DI ROMA

Supervisione della potenza elettrica in una Smart grid tramite arduino Pagina HMTL Monitoraggio potenza: Controllo relay: Supervisione della potenza elettrica in una Smart grid tramite arduino LAUREANDO : FEDERICO MARIANI- AA 2012/2013 - SAPIENZA UNIVERSITÀ DI ROMA

Miglioramenti e conclusioni Il sistema così sviluppato può essere reso autonomo grazie al modulo: RN-XV wi-fly shield Connessione TCP/IP con il router Oltre che miglioramenti sul lato software Grazie alla versatilità degli strumenti utilizzati, il progetto così sviluppato si presta a future espansioni Dai test effettuati non sono state riscontrate anomalie, e il sistema così sviluppato risulta robusto La definizione di uno standard è un punto molto importante Supervisione della potenza elettrica in una Smart grid tramite arduino LAUREANDO : FEDERICO MARIANI- AA 2012/2013 - SAPIENZA UNIVERSITÀ DI ROMA

Grazie per l’attenzione