Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/10427
Title: Ανάπτυξη μετρητικού συστήματος για τη διαχείριση ενέργειας σε οικιακή εγκατάσταση τροφοδοτούμενη από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας
Other Titles: Development of a power metering system for energy management in a household installation powered by renewable energy sources
Authors: Χρόνης, Αλέξανδρος-Γεώργιος
Keywords: Μετρητική διάταξη
Ενέργεια
Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας
Keywords (translated): Power monitor
Energy
Renewable energy sources
Abstract: Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη και κατασκευή μιας μετρητικής διάταξης για οικιακή εγκατάσταση, τροφοδοτούμενη από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός είναι η υλοποίηση μιας διάταξης με την οποία θα μπορεί να γίνεται παρακολούθηση, καταγραφή και έλεγχος των ηλεκτρικών μεγεθών που παράγονται. Η φιλοσοφία της συγκεκριμένης κατασκευής είναι στο πλαίσιο της αυτονόμησης και της αυτοματοποίησης μιας οικιακής εγκατάστασης. Αρχικά επιλέχτηκε το ολοκληρωμένο MCP39F501 της εταιρίας Microchip το οποίο είναι σχεδιασμένο για μέτρηση ρεύματος και τάσης, κάνοντας παράλληλα υπολογισμό ενεργών μεγεθών. Αφού λοιπόν προμηθευτήκαμε την αναπτυξιακή πλακέτα της εταιρίας, έγιναν μετρήσεις σε γνωστά φορτία για ρύθμιση της συσκευής(Calibration). Στη συνέχεια για εξοικείωση και υπολογισμούς ακρίβειας έγιναν πολλές μετρήσεις και υπολογίστηκαν μέσες τιμές σφαλμάτων και ακρίβεια μετρήσεων. Στη συνέχεια επιλέχτηκε το αναπτυξιακό STM32F107 της εταιρίας STMicroelectronics με επεξεργαστή ARM Cortex M3 για την συλλογή, επεξεργασία και διαχείριση των μετρήσεων. Αφού λοιπόν έγινε η διασύνδεση των δύο συσκευών μέσω ενός Level linker, με βάση πρωτόκολλο SSI (synchronous serial interface) ξεκίνησε η συλλογή των μετρήσεων και η κατάλληλη μετατροπή τους σε δεκαδικό σύστημα αρίθμησης. Για την απεικόνιση των δεδομένων σχεδιάστηκε σε σελίδα html και μέσω θύρας Ethernet έγινε η μεταφορά τους σε ηλεκτρονικό υπολογιστή. Τελευταίο βήμα σε αυτό το στάδιο ήταν η καταγραφή των μετρήσεων σε κάρτα μνήμης SD (Secure Digital). Το επόμενο βήμα ήταν η εξ’ αρχής σχεδίαση της μετρητικής πλακέτας με βάση το ολοκληρωμένο του αναπτυξιακού που είχε ήδη χρησιμοποιηθεί. Σε πρόγραμμα Kicad έγινε ο σχεδιασμός της διάταξης καθώς και του αντίστοιχου τυπωμένου κυκλώματος (PCB) και ακολούθησε η κατασκευή της. Τέλος έγινε η τελική σύνδεση της κατασκευής με μια φωτοβολταϊκή διάταξη και κατάλληλο φορτίο ώστε να διαπιστωθεί η ομαλή λειτουργία αλλά και να γίνει συλλογή μετρήσεων για να εξαχθούν συμπεράσματα πάνω στη λειτουργία και αξιοπιστία της συσκευής.
Abstract (translated): This diploma thesis focuses on the analysis and development of a power metering system, designed for a household installment powered by renewable energy sources. This study was conducted at the Laboratory of Electromechanical Energy Conversion, in the Electrical and Computer Engineering Department of the University of Patras, Greece. The purpose of this diploma thesis, is the construction of a device which will allow the monitoring, storage and control of the electric quantities produced by the renewable energy source. The philosophy behind the concept, is towards the automation and electrical independence of a household. Starting this project, the IC MCP39F501 was acquired, which is designed to measure voltage and current and then calculate the RMS values as well as the active, reactive and apparent power. After getting the development board from Microchip Technology, the next step was to get familiar with the device by calibrating it and performing several metering experiments. This allowed calculation of mean error values and the device precision. Afterwards, the STM 3210C-EVAL was introduced, which is the evaluation board for the IC STM32F107, using ARM Cortex M3 microprocessor. This microcontroller unit was used as a master device, responsible for collecting and processing all the necessary quantities. After establishing the interconnection between the two devices the electrical variables for the system were collected, based on a serial communication protocol. To provide the results for the user, an HTML5 page was developed, and via Ethernet protocol the results were fed to the page. The user is able to set the refresh rate of the page, change the sampling rate and record the variables to a Secure Digital card(SD). The next step was to design and manufacture from scratch the metering device based on the MCP39F501 integrated circuit. This was a challenging part, as a lot of parameters had to be taken into consideration, both electrical and mechanical. The design was made using the open source Kicad EDA and the PCB prints were constructed at Eurocircuits. The last stage of this project was conducting the experiments. Using a photovoltaic-inverter system emulation, consisting of an AC power source, variable transformer and variable load, several metering experiments were conducted to test the device’s accuracy and overall performance.
Appears in Collections:Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογ. (ΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Nemertes_Chronis(ele).pdf20.7 MBAdobe PDFView/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons