University of Oulu

Wireless mains sensor for monitoring domestic energy consumption

Saved in:
Author: Ylioja, Jani1
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Information Technology and Electrical Engineering, Department of Electrical Engineering, Electrical Engineering
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 15.1 MB)
Persistent link: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-201411081980
Language: English
Published: Oulu : J. Ylioja, 2014
Publish Date: 2014-11-18
Physical Description: 61 p.
Thesis type: Master's thesis (tech)
Tutor: Määttä, Kari
Ojala, Timo
Reviewer: Ojala, Timo
Description:
Past studies have shown that awareness of energy consumption can lead to reduction in electricity usage and that real-time, per-appliance data on electricity consumption would provide greater utility and actionable information. Yet, the customers of today's utility companies typically have to be content with data that is aggregated, delayed and difficult to access. Comprehensive real-time data would also aid in optimizing energy consumption with respect to dynamic pricing and avoiding peak consumption periods. The objective of this thesis was to design and manufacture a wireless sensor for continuous and real-time metering of the energy consumption of a household in the UBI-AMI system version 2. The resulting Mains sensor reads the total energy consumption from the kilowatt hour meter using either a galvanic or an optical connection. The individual loads of the fuses in the circuit breaker panel are measured with Hall sensors. An 8-bit microcontroller collects analog measurements, conducts 10-bit ADC and transmits the resulting digital data to the UBI-AMI system using a commercial 6LoWPAN radio module and the CoAP protocol. The data enables the differentiation of the energy consumption of integrated and built-in elements such as floor heating and sauna from the total energy consumption of the household. The Mains sensor was tested with a demonstrator that comprised of a fuse board, a kilowatt hour meter and sockets for connecting loads. The Mains sensor was found to be flawless in reading the total energy consumption from the kilowatt hour meter using a galvanic connection. The sensor was able to read 84% of fast pulses and showed 4% surplus with slow pulses if the optical connection was used. The Hall sensors had a maximum average error of 0.47% with an active power, in comparison to a commercial energy meter. These results show that the Mains sensor provides sufficiently accurate and reliable information for improving the awareness of energy consumption of a household.
see all

Tutkimusten mukaan tietoisuus energiankulutuksesta voi johtaa sähkön käytön vähenemiseen, ja että tosiaikainen, laitekohtainen kulutustieto olisi hyödyllisempää. Silti nykyisin sähköyhtiöiden asiakkaiden täytyy tyypillisesti tyytyä kulutustietoihin, jotka on kerätty kokonaiskulutuksesta, ovat käytettävissä viiveellä, ja joihin on vaikea päästä käsiksi. Kattava tosiaikainen informaatio myös auttaisi huippukulutuskausien välttämisessä ja energiankulutuksen optimoinnissa dynaamisen hinnoittelun suhteen. Tämän diplomityön tavoitteena oli suunnitella ja valmistaa langaton sensori kotitalouden energiankulutuksen jatkuvaan ja tosiaikaiseen mittaukseen osana UBI-AMI-järjestelmän versiota 2. Syntynyt sähköpäätaulusensori lukee kokonaisenergiankulutuksen kilowattituntimittarista joko galvaanista tai optista yhteyttä käyttäen. Yksittäiset ryhmäkohtaiset kuormat mitataan sulaketaulusta Hallin antureilla. 8-bittinen mikrokontrolleri kerää analogiset mittaukset ja muuntaa ne digitaaliseksi dataksi, joka lähetetään UBI-AMI-järjestelmälle käyttäen kaupallista 6LoWPAN-radiomoduulia ja CoAP-protokollaa. Mittausdata mahdollistaa integroitujen ja kiinteästi asennettujen sähkölaitteiden, esimerkiksi lattialämmityksen ja saunan, energiankulutuksen eriyttämisen kotitalouden kokonaiskulutuksesta. Sähköpäätaulusensorin toiminta arvioitiin testilaitteistolla, joka koostui sulaketaulusta, kilowattituntimittarista ja pistorasioista kuormien liittämistä varten. Sähköpäätaulusensorin havaittiin lukevan kokonaisenergiankulutuksen kilowattituntimittarista virheettömästi galvaanista yhteyttä käyttäen. Optista yhteyttä käytettäessä sensori kykeni lukemaan 84% nopeista pulsseista ja hitaat pulssit saivat sensorin mittaamaan käytetyn energian 4% todellista suuremmaksi. Hallin antureilla suurin keskimääräinen virhe kaupalliseen mittariin verrattuna oli 0,47% pätötehollisella kuormalla. Tulosten perusteella sähköpäätaulusensori antaa riittävän tarkkaa ja luotettavaa tietoa energiankulutuksesta ja sitä voidaan käyttää energiankulutuksen tietoisuuden lisäämiseen kotitalouksissa.
see all

Subjects:
Copyright information: © Jani Ylioja, 2014. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.