Σχεδιασμός και υλοποίηση Έξυπνου Μετρητή Ηλεκτρικής Ενέργειας (Smart Energy Meter)

Φούρναρης, Μάριος; Fournaris, Marios

dc.contributor.author	Φούρναρης, Μάριος	el
dc.contributor.author	Fournaris, Marios	en
dc.date.accessioned	2025-02-05T12:42:18Z
dc.date.available	2025-02-05T12:42:18Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/61075
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.28771
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Παραγωγή και Διαχείριση Ενέργειας”
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Έξυπνος μετρητής	el
dc.subject	Διαδίκτυο των Πραγμάτων	el
dc.subject	STM32	en
dc.subject	MQTT	en
dc.subject	Grafana	en
dc.subject	InfluxDB	en
dc.subject	Smart meter	en
dc.subject	IoT	en
dc.title	Σχεδιασμός και υλοποίηση Έξυπνου Μετρητή Ηλεκτρικής Ενέργειας (Smart Energy Meter)	el
heal.type	masterThesis
heal.secondaryTitle	Design and Implementation of Smart Energy Meter	en
heal.classification	Ηλεκτρικές Μετρήσεις	el
heal.classification	Έξυπνες Συσκευές	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-10-10
heal.abstract	Η παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία αφορά τον σχεδιασμό, την ανάπτυξη και την υλοποίηση ενός έξυπνου τριφασικού μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας (Three Phase Smart Energy Meter), με χρήση μικροϋπολογιστικού συστήματος καθώς και όλων των απαραίτητων αισθητηρίων μέτρησης και περιφερειακών, βασισμένος σε κριτήρια χαμηλού κόστους. Σχεδιαστικά, ο έξυπνος μετρητής που υλοποιήθηκε αποτελεί συσκευή η οποία ανήκει στο οικοσύστημα του Διαδικτύου των Πραγμάτων (Internet of Things) και έχει τη δυνατότητα ενοποίησης με συστήματα και εφαρμογές που χρησιμοποιούν αυτήν την αρχιτεκτονική. Το μικροϋπολογιστικό σύστημα που χρησιμοποιήθηκε ανήκει στην κατηγορία μικροελεγκτών υψηλής απόδοσης (high performance), διαθέτει δίαυλο 32-bit (χρονισμός έως και 400MHz), αρχιτεκτονική ARM Cortex με DSP (Digital Signal Processor), FPU (DFU - Double Precision Floating Point Unit) διπλής ακρίβειας, καθώς και ένα πλήθος ενσωματωμένων μηχανισμών και λειτουργιών κατάλληλων για την υλοποίηση του βασικού συστήματος μέτρησης (τάση, ρεύμα, ισχύ, συχνότητα και ενέργεια) αλλά και όλων των υπολοίπων βοηθητικών λειτουργιών (μέτρηση περιβαλλοντικών συνθηκών, παραγωγή παλμών ενέργειας, εντολές εξόδου, διεπαφές χρήστη κτλ.). Μέρος της υλοποίησης αποτελεί και η ανάπτυξη ολοκληρωμένης εφαρμογής απομακρυσμένης οπτικοποίησης, παρακολούθησης και ελέγχου του έξυπνου μετρητή. Ο έξυπνος μετρητής έχει τη δυνατότητα αποστολής των δεδομένων μέτρησης (τάση, ρεύμα, ισχύ, συχνότητα και ενέργεια) σε ψηφιακή πλατφόρμα τύπου νέφους (Grafana), μέσω του διαλειτουργικού πρωτοκόλλου επικοινωνίας MQTT, αναπαριστώντας τα γραφικά σε πραγματικό χρόνο. Η ψηφιακή πλατφόρμα είναι συνδεδεμένη με βάση δεδομένων χρονοσειρών τύπου νέφους (InfluxDB) η οποία διατηρεί το ιστορικό των μετρήσεων, επιτρέποντας την ανάκτηση των δεδομένων στο επιθυμητό χρονικό διάστημα. Επίσης η παρούσα υλοποίηση επιτρέπει την αποστολή απομακρυσμένων εντολών από την ψηφιακή πλατφόρμα προς τον έξυπνο μετρητή ενεργοποιώντας προγραμματισμένες λειτουργίες όπως διαχείριση φορτίου, χειροκίνητη βαθμονόμηση των αισθητηρίων και χειροκίνητο συγχρονισμό του ρολογιού πραγματικού χρόνου. Τέλος, η όλη κατασκευή είναι κατάλληλα διαμορφωμένη ώστε να μπορεί να συνδεθεί εύκολα με οποιαδήποτε παροχή (χαμηλής ή μέσης τάσης). Η μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία αποτελείται από τις ακόλουθες ενότητες:  Στην 1η Ενότητα (Εισαγωγή) γίνεται μία σύντομη περιγραφή των σύγχρονων αναγκών μέτρησης της ηλεκτρικής ενέργειας, περιγράφεται ο σκοπός της μεταπτυχιακής εργασίας και των σταδίων υλοποίησης του έξυπνου μετρητή ενέργειας.  Στην 2η Ενότητα (Έξυπνο δίκτυο και Έξυπνοι μετρητές) περιγράφεται το έξυπνο δίκτυο, οι καινοτομίες και τα πλεονεκτήματα που εισάγει έναντι των παραδοσιακών δικτύων διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, ενώ αναπτύσσονται τα χαρακτηριστικά και οι λειτουργίες του έξυπνου μετρητή που αποτελεί και το κεντρικό ενδιαφέρον της παρούσας εργασίας ως συστατικό στοιχείο ενός έξυπνου δικτύου.  Στην 3η Ενότητα (Το Διαδίκτυο των Πραγμάτων - IoT) περιγράφεται η φιλοσοφία και η αρχιτεκτονική του Διαδικτύου των Πραγμάτων, αντιμετωπίζοντας τον έξυπνο μετρητή που υλοποιείται ως αντικείμενο ενός τέτοιου οικοσυστήματος.  Στην 4η Ενότητα (Υλοποίηση Έξυπνου Μετρητή Ενέργειας – Περιγραφή Υλικού) αναπτύσσονται λεπτομερώς όλα τα συστήματα και τα υποσυστήματα που αποτελούν τον έξυπνο μετρητή και ii παρουσιάζονται οι σχεδιαστικές λεπτομέρειες των λειτουργιών του (προδιαγραφές υλικού, σχηματικά διαγράμματα).  Στην 5η Ενότητα (Υλοποίηση Έξυπνου Μετρητή Ενέργειας – Ανάλυση Συστήματος Μέτρησης) αναλύονται λεπτομερώς οι τεχνικές μέτρησης των ηλεκτρικών μεγεθών και ο τρόπος υλοποίησής τους στο μικροϋπολογιστικό σύστημα του έξυπνου μετρητή.  Στην 6η Ενότητα (Υλοποίηση Έξυπνου Μετρητή Ενέργειας – Περιγραφή Λογισμικού) περιγράφεται το λογισμικό το οποίο αναπτύχθηκε και το οποίο ενοποιεί το υλικό του έξυπνου μετρητή με τους αλγορίθμους των βασικών και των επιμέρους λειτουργιών του. Οι αλγόριθμοι παρουσιάζονται υπό τη μορφή διαγραμμάτων ροής για την ευκολότερη κατανόηση της ροής των προγραμμάτων που αναπτύχθηκαν.  Στην 7η Ενότητα παρουσιάζονται όλα τα πειραματικά αποτελέσματα κατόπιν εφαρμογής του μετρητή σε πραγματική κατανάλωση ενώ αναπτύσσονται προτάσεις βελτίωσης και μελλοντικής έρευνας.	el
heal.advisorName	Κορρές, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Κορρές, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Γκόνος, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Δημέας, Άρης-Ευάγγελος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	117 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false