BR102017015495B1 - Sistema de sensoriamento, identificação e armazenamento de dados de consumo de energia elétrica - Google Patents
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Abstract
refere-se a um sistema (1), que monitora a tensão e corrente elétrica na entrada de um setor com diversos equipamentos consumidores de energia elétrica (4), capaz de identificar o consumo individualizado de cada equipamento consumidor de energia elétrica (4), bem como, identificar se o mesmo está operando ou não; o sistema (1) também armazena as informações de consumo de cada equipamento consumidor de energia elétrica (4), por meio de uma memória interna, em que a informação é transferida a um centro de operações que gerencia os diversos sids (s) de uma organização.
Description
[001] Refere-se o presente pedido de patente de invenção de um inédito SISTEMA DE SENSORIAMENTO, IDENTIFICAÇÃO E ARMAZENAMENTO DE DADOS DE CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA (SIDS), que basicamente consiste de um sistema que monitora a tensão e corrente elétrica na entrada de um setor, com diversos equipamentos consumidores de energia elétrica, capaz de identificar o consumo individualizado de cada equipamento consumidor de energia, bem como, identificar se o mesmo está operando ou não. O dispositivo em questão tem a finalidade de armazenar as informações de consumo de cada equipamento consumidor de energia elétrica, por meio de uma memória interna, em que a informação é transferida a um centro de operações que gerencia os diversos SIDS de uma organização.
[002] A invenção ora pleiteada tem seu campo de aplicação voltado às áreas de monitoração de consumo de energia elétrica, monitoração de qualidade de energia elétrica, eficiência energética e similares.
[003] Sabe-se que o mercado dispõe de alguns aparelhos que realizam o monitoramento do consumo de energia, mas não são capaz de individualizar o consumo de cada equipamento.
[004] O atual estado da técnica antecipa alguns documentos que versam sobre a matéria em apreço como o documento US 2010/0167659 A1 que descreve um dispositivo cujo sensor de consumo baseia-se num transformador com circuito magnético em aberto que é posicionado próximo ao cabeamento elétrico. A monitoração pode ser de um único equipamento, de um setor, de um departamento ou de toda uma instituição. Os dados de consumo coletados podem ser transferidos (comunicação cabeada ou sem fio RF) para unidades de processamento que consolidam dados de diversos sensores.
[005] O documento acima descreve um sistema proposto o qual não tem a funcionalidade de desagregação dos dados de consumo, ou seja, não é capaz de individualizar o consumo dos equipamentos conectados ao cabo onde o sensor está instalado.
[006] O documento US 2012/0278014 A1 descreve um dispositivo cujo sensor de consumo é um medidor comercial inteligente ("Smart Meter"), este sistema inclui um módulo de identificação de assinatura de potência sem detalhar as tecnologias utilizadas nesta identificação, apenas mencionando que se fará uso de "análise de Fourier, filtros, correlação cruzada, entre outros".
[007] A anterioridade acima descreve um sistema descrito que não cita o uso de Técnicas de Processamento de Sinais, Análise Estocástica e tecnologias Wavelet e restringe sua aplicação à medição de consumo.
[008] Um outro documento US20130066479A1 apresenta um dispositivo individual NILM (non-intrusive load monitoring - monitoração não-intrusiva de carga), capaz de realizar a desagregação da energia “bruta” em componentes individuais de consumo. Para tanto, são utilizados sensores que amostram sinais elétricos, na entrada de energia, e estimam seus componentes individuais a partir de processamento digital de sinais. Contém também uma unidade de medição e decomposição de potência composta por: unidade de aquisição de dados (de tensão e corrente) conectada a um medidor de potência; unidade de filtragem para os sinais de tensão e corrente; microcontrolador, responsável pela realização da desagregação da potência medida em seus componentes; processamento dos sinais a partir da análise no domínio do tempo/frequência, baseada em transformadas em Wavelet; detectores de cruzamento por zero implementados no microcontrolador; análise de “assinatura” de potência para identificação dos diferentes tipos de carga; unidade de arrefecimento HVAC; conexão web, cabeada ou não, com a unidade de medição.
[009] O documento acima descreve um dispositivo que não oferece a funcionalidade de detecção da inserção de cargas não cadastradas.
[010] O documento US20130158908A1 apresenta um método de detecção de ativação/desativação de uma carga elétrica individual, num cenário em que várias cargas estão sendo alimentadas pela mesma fonte. Tal análise se dá a partir dos sinais elétricos de corrente e tensão desta fonte. O método é baseado na assinatura de potência da carga em questão, nos seus instantes de ativação e desativação, sendo utilizadas e transformadas, a partir de deconvolução por matrizes esparsas, para a identificação da ativação de uma carga individual num conjunto de possíveis outras cargas. Portanto o método apresenta as seguintes etapas: identificação de uma pluralidade de eventos que compõem o acionamento e o desafinamento de um conjunto de cargas elétricas; aplicação da deconvolução aos eventos associados ao acionamento das cargas identificadas, gerando sua assinatura primária de potência; aplicação da deconvolução aos eventos associados ao desacionamento das cargas identificadas, gerando sua assinatura secundária de potência; identificação do acionamento/desacionamento de uma carga individual, num cenário em que várias cargas estão energizadas, a partir de suas assinaturas primárias/secundárias; uso de ferramentas de otimização para identificação de suas assinaturas primárias e secundárias.
[011] Já o sistema de monitoramento de cargas elétricas, baseado neste método, compreende: um medidor de potência elétrica; um processador onde são implementadas as transformações matemáticas necessárias ao método, assim como é realizada a deconvolução dos sinais amostrados e a identificação das assinaturas primárias e secundárias; identificação do acionamento de uma carga individual.
[012] O documento EP2570775A1 propõe de forma genérica a desagregação das contribuições individuais de vários equipamentos ligados à rede elétrica mediante a medição através de sensores ligados a rede elétrica responsável pela alimentação dos diferentes equipamentos.
[013] O documento acima apresenta um sistema proposto para trabalhar com a medição de correntes e tensões e a utilização de diferentes métodos possíveis para a desagregação. Entre estes métodos estão citadas análises no domínio do tempo e da frequência, bem como o possível uso de Wavelet. Contudo, a patente não descreve maiores detalhes de implementação ou de arquiteturas necessárias para atender o que se propõe. Não são discutidas limitações de escala ou atendimento de requisitos de tempo real.
[014] No documento US007421378B2 é proposto um método de análise de dispositivos genéricos mecânicos móveis, utilizando se de amostras no domínio de tempo. Através de assinaturas de potência destes dispositivos mecânicos, são criados modelos que permitem a detecção de falhas ou de comportamentos que demandem manutenção preventiva.
[015] O documento acima descreve uma patente que exemplifica a utilização do método baseado em conhecimento detalhado do modelo dinâmico do dispositivo mecânico a ser monitorado. Não são citados como os algoritmos tratarão eventuais expectativas de mal funcionamento, muito menos o uso de Wavelets para tanto. Não são discutidas limitações de escala ou atendimento de requisitos de tempo real.
[016] O documento US009470551B2 propõe um método para determinar a ativação ou desativação de uma carga elétrica única em uma fonte de energia com várias cargas elétricas acopladas. O sistema baseia-se na determinação de assinaturas de potência para cada uma das cargas. Através de um algoritmo de deconvolução propõe se determinar qual dispositivo está sendo ativado ou desativado, sem o conhecimento prévio da assinatura do dispositivo, apenas conhecendo se o número de dispositivos comutados em uma janela de tempo.
[017] O documento acima não cita a utilização de Wavelet ou mesmo que a arquitetura de hardware será utilizada para atingir os objetivos apresentados. Não são discutidas limitações de escala ou atendimento de requisitos de tempo real.
[018] O documento US008694291B2 propõe um método baseado em análise de formas de onda para identificar e caracterizar diferentes dispositivos operando em um circuito elétrico. O método baseia se em criação de modelos de Wavelets criados a partir de medições de corrente feitas em vários pontos de circuito analisado.
[019] O documento acima revela um método que apesar de usar conceitos como Wavelets, agregação e desagregação, a proposta não contempla a única medição de corrente e tensão na entrada da fonte de alimentação, apresentando limitações quanto ao custo a instalação de múltiplos sensores. Não são discutidas limitações de escala ou atendimento de requisitos de tempo real.
[020] É objetivo da invenção propor um sistema que monitore a tensão e corrente elétrica na entrada de um setor com diversos equipamentos consumidores de energia elétrica, capaz de identificar o consumo individualizado de cada equipamento consumidor de energia, bem como, identificar se o mesmo está operando ou não;
[021] É objetivo da invenção propor um sistema que armazene as informações de consumo de cada equipamento consumidor de energia elétrica, por meio de uma memória interna, em que a informação é transferida a um centro de operações que gerencia os diversos SIDS de uma organização.
[022] Ciente do estado da técnica, suas lacunas e limitantes, os inventores, após estudos e pesquisas criaram o SISTEMA DE SENSORIAMENTO, IDENTIFICAÇÃO E ARMAZENAMENTO DE DADOS DE CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA, que refere-se a um dispositivo que monitora a tensão e corrente elétrica na entrada de um setor com diversos equipamentos consumidores de energia elétrica, utilizando técnicas de análise de assinatura de potência, Processamento de Sinais, Análise Estocástica e tecnologias Wavelet, o SIDS é capaz de identificar o consumo individualizado de cada equipamento consumidor de energia elétrica bem como se o mesmo está em operação ou não. O SIDS armazena as informações de consumo de cada elemento de consumo ao longo do tempo em uma memória interna; esta informação pode ser transferida a um centro de operações que gerencia os diversos SIDS de uma organização.
[023] Para melhor entendimento, seguem em anexo os desenhos, os quais estão relacionados abaixo: Fig. 1: Diagrama de blocos do sistema de sensoriamento, identificação e armazenamento de dados de consumo de energia elétrica.
[024] O SISTEMA DE SENSORIAMENTO, IDENTIFICAÇÃO E ARMAZENAMENTO DE DADOS DE CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA, objeto deste pedido de patente de invenção, que compreende uma série de blocos funcionais (A), (B), (C), (D), (E), (F), (G), (H) e (J), os quais em conjunto tem a finalidade de armazenar as informações de consumo de cada equipamento consumidor de energia elétrica, por meio de uma memória interna, em que a informação é transferida a um centro de operações que gerencia os diversos SIDS (S) de uma organização.
[025] Mais particularmente, o diagrama em blocos apresentado na Fig.1, inclui os blocos internos de um SIDS (S), bem como, os sistemas externos. O bloco (A) consiste de sensores de tensão e corrente (1), e no neutro no barramento de entrada de energia elétrica de um setor de uma organização (11), os referidos sensores de tensão e corrente (1), utilizam técnicas como resistência shunt, transformador de corrente, sensor de efeito hall, ou uma combinação destes.
[026] O bloco (B) contempla técnicas de processamento digital de sinais, análise estocástica, reconhecimento de padrões e transformadas Wavelets (2) as quais são utilizadas para decompor os sinais (2). O bloco (C), mostra que uma vez decompostos, pode-se proceder a identificação e desagregação (3) dos equipamentos de consumo de energia elétrica (4) em operação, bem como seus respectivos modos de operação. Para realizar a identificação é necessário um banco com as características dos diferentes tipos de equipamentos consumidores (4). Portanto, o bloco (D) é denominada de banco de assinaturas dos equipamentos de consumo de energia elétrica, equipamentos consumidores (4), já que contém as características únicas que permitem a identificação e desagregação (3) dos equipamentos de consumidores (4) que estão em operação. Uma vez identificados os equipamentos consumidores (4) em operação, pode se registrar o histórico do consumo (9) no bloco (F), de cada um dos equipamentos consumidores (4). Já o bloco (G) faz o armazenando de informações de consumo em banco de dados.
[027] Um SIDS (S) tem um limite de capacidade de identificação que tipicamente se situa na faixa de 50 a 100 equipamentos consumidores, este limite é em parte determinado pelas características próprias de cada assinatura.
[028] O levantamento da assinatura de cada equipamento consumidor (4) de um setor é uma atividade que faz parte do processo de instalação de um SIDS (S). Da mesma forma, este procedimento também deve ser seguido quando novos equipamentos consumidores (4) são agregados ao setor; já a funcionalidade de levantamento de assinatura (5), ou seja, a gestão dos equipamentos consumidores (4) estão implementados no bloco (E).
[029] Por fim, o bloco (I) dá acesso externo (7) ao bloco (H), aos bancos de assinaturas (5) e de consumo ao longo do tempo.
[030] A interface de rede (6), localizada no bloco (I) externa permite que os diversos SIDS (S), sejam instalados em uma organização e sejam gerenciados a partir de um centro de operações (10), visto no bloco (J).
[031] A Fig. 1 ainda ilustra a entrada de energia (11) de um setor (K) da organização, e o barramento onde estão conectados os equipamentos consumidores deste setor (K).
Claims (1)
1) SISTEMA DE SENSORIAMENTO, IDENTIFICAÇÃO E ARMAZENAMENTO DE DADOS DE CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA, refere-se a um sistema que é caracterizado por compreender as seguintes etapas: - O bloco (A) consiste de sensores de tensão e corrente (1), e no neutro no barramento de entrada de energia elétrica de um setor (K) de uma organização (11); os referidos sensores de tensão e corrente (1), são configurados para utilizarem técnicas como resistência shunt, transformador de corrente, sensor de efeito hall, ou uma combinação destes; - O bloco (B) faz uso de Processamento de Sinais, Análise Estocástica e tecnologias Wavelet e utilizadas para decompor o processamento digital de sinais (2); - O bloco (C) é capaz de mostrar que uma vez decompostos, o processamento digital de sinais (2), pode se proceder a identificação e desagregação (3) dos equipamentos de consumo de energia elétrica (4) em operação, bem como seus respectivos modos de operação; o bloco (C) prevê também que a identificação é necessário um banco com as características dos diferentes tipos de equipamento consumidor de energia elétrica (4); - O bloco (D) é denominada de banco de assinaturas dos equipamentos de consumo de energia elétrica (4), já que contém as características únicas que são capazes de permitirem a identificação e desagregação (3) dos equipamentos de consumidores de energia elétrica (4) que estão em operação; - O bloco (E) é capaz de realizar a funcionalidade de levantamento de assinatura (5), ou seja, a gestão dos equipamentos consumidores de energia elétrica (4); - O bloco (F) é capaz de realizar o registrar o histórico do consumo (9) de cada um dos equipamentos consumidores de energia elétrica (4); - O bloco (G) realiza o armazenamento de informações em banco de dados; - O bloco (H) permite o acesso externo a etapa (I); - O bloco (I) mostra uma interface de rede (6) externa capaz de permitir que os diversos SIDS (S), sejam instalados em uma organização e sejam gerenciados a partir de um centro de operações (10); - O bloco (J) mostra um centro de operações (10).
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