ITUB20152843A1 - Metodo e dispositivo per monitorare il consumo di potenza di una rete elettrica domestica - Google Patents
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Description
"METODO E DISPOSITIVO PER MONITORARE IL CONSUMO DI POTENZA
DI UNA RETE ELETTRICA DOMESTICA"
La presente descrizione riguarda il settore tecnico delle reti di distribuzione dell energia elettrica e si riferisce in particolare ad un metodo e un dispositivo per monitorare il consumo di potenza elettrica di una rete elettrica domestica.
È noto un dispositivo di interfaccia collegabile ad una rete elettrica domestica ed in grado di dialogare con il contatore elettronico della rete elettrica domestica tramite onde convogliate per acguisire dati di consumo di potenza e permettere la visualizzazione dei valori di potenza consumata ad esempio su un display dello stesso dispositivo o di un dispositivo esterno guaie ad esempio un personal computer o uno smartphone.
Lo scopo di un dispositivo di interfaccia del tipo sopra descritto è guello di fornire ad un utente un dato di potenza consumata dalla rete elettrica domestica, la cui conoscenza è particolarmente utile all'utente affinché egli possa attivare i grossi carichi, guali ad esempio la lavabiancheria o il ferro da stiro, in maniera tale da evitare il distacco automatico della propria rete elettrica domestica dalla rete di distribuzione che viene eseguito dal contatore elettronico quando la potenza consumata supera un certo valore di soglia. Un dispositivo del tipo sopra descritto può inoltre migliorare la consapevolezza da parte dell'utente dei propri consumi e per questo motivo determinare un risparmio energetico.
Il dispositivo di interfaccia di tipo conosciuto, esistente sia nella versione dotata di una spina per il collegamento ad una comune presa di corrente, sia nella versione montabile in un quadro elettrico su rotaia DIN, comprende un modulo di comunicazione per dialogare tramite onde convogliate con il contatore elettronico ed un modulo di controllo atto a comandare il modulo di comunicazione in modo tale da interrogare il contatore elettronico ad una frequenza fissa prestabilita per acquisire valori di potenza .
Il dispositivo di interfaccia comprende una porta USB per il collegamento con un personal computer, sul quale è installato un programma che elabora i valori acquisiti per calcolare valori di potenza consumata e che permette di visualizzare i valori di potenza consumata.
La frequenza di interrogazione del contatore elettronico da parte del dispositivo di interfaccia, non può essere troppo elevata perché tipicamente la banda di comunicazione ad onde convogliate di una rete domestica è limitata . Di conseguenza, il dato di potenza consumata fornito tramite il dispositivo di interfaccia potrebbe non risultare aggiornato con sufficiente velocità. In altre parole , in caso di repentini azionamenti di grossi carichi, il dispositivo di interfaccia non riuscirebbe ad informare 1'utente in tempo utile ad evitare il distacco della rete domestica . Lo stesso problema accadrebbe qualora il contatore elettronico e il dispositivo di interfaccia comunicassero fra loro su un canale di comunicazione diverso dalle onde convogliate, ad esempio se tale canale fosse un canale condiviso e/o con esigenze di limitazione di banda. In altri casi inoltre, indipendentemente o meno dall esigenza di ridurre 1'occupazione di un canale di comunicazione condiviso, vi potrebbe essere l<f>esigenza di mantenere contenuto o in genere ottimizzare il numero di interrogazioni del contatore elettronico, ad esempio per ottimizzare le risorse di elaborazione/comunicazione del contatore elettronico.
Scopo della presente invenzione è di fornire un metodo per monitorare in tempo reale la potenza elettrica consumata dalla rete elettrica domestica che consenta di superare o quantomeno ridurre gli inconvenienti sopra descritti con riferimento al dispositivo di interfaccia della tecnica nota.
In accordo con la presente invenzione vengono forniti un metodo ed un dispositivo per monitorare il consumo di potenza elettrica di una rete elettrica domestica secondo quanto definito nelle rivendicazioni allegate.
In accordo alla sua forma di realizzazione più generale il metodo per monitorare la potenza elettrica consumata da una rete elettrica domestica comprendente un contatore elettronico collegato ad una rete di distribuzione dell'energia elettrica, comprende le fasi di:
- interrogare periodicamente, secondo un primo periodo di interrogazione, il contatore elettronico su un canale di comunicazione tramite un dispositivo al fine di ricevere ad ogni istante di interrogazione informazioni comprendenti almeno un parametro correlato ad una misura di consumo di potenza, come ad esempio il valore di potenza attiva oppure i valori di tensione e corrente, effettuata dal contatore elettronico ;
calcolare a bordo del dispositivo una stima di detta misura di consumo di potenza o ottenere a bordo del dispositivo detta misura di consumo di potenza;
confrontare detta stima o misura di consumo di potenza con almeno un primo valore di soglia;
- aumentare la frequenza di interrogazione se detta stima o misura di consumo di potenza è superiore, o superiore o uguale, a detto primo valore di soglia.
In accordo alla sua forma di realizzazione più generale il dispositivo è operativamente collegabile ad un contatore elettronico per monitorare la potenza elettrica consumata da una rete elettrica domestica comprendente detto contatore elettronico. Il dispositivo comprende una interfaccia di comunicazione per la comunicazione con il contatore elettronico su un canale di comunicazione. Il dispositivo comprende una unità di elaborazione e controllo operativamente connessa all'interfaccia di comunicazione. Il dispositivo è configurato e programmato per interrogare il contatore elettronico su detto canale di comunicazione al fine di ricevere ad ogni istante di interrogazione informazioni comprendenti almeno un parametro correlato ad una misura di consumo di potenza effettuata dal contatore elettronico .
L'unità di elaborazione e controllo è configurata per: - calcolare a bordo del dispositivo una stima di detta misura di consumo di potenza o ottenere a bordo del dispositivo detta misura di consumo di potenza;
- confrontare detta stima o detta misura di consumo di potenza con almeno un primo valore di soglia;
- aumentare detta frequenza di interrogazione se detta stima o misura di potenza è superiore , o superiore o uguale, a detto valore di soglia.
Il metodo ed il dispositivo sopra descritti a livello generale saranno di seguito descritti in maggior dettaglio con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:
- la figura 1 illustra, in maniera schematica, una rete elettrica ed un esempio di dispositivo connesso a detta rete elettrica domestica per monitorare il consumo di potenza della rete elettrica domestica;
- la figura 2 illustra un esempio di suddivisione in fasce di potenza che viene adottato in una possibile forma di realizzazione del metodo della presente invenzione per monitorare il consumo di potenza della rete elettrica domestica; e
- la figura 3 illustra un esempio di suddivisione in fasce e sottofasce di potenza che viene adottato in una possibile forma di realizzazione del metodo della presente invenzione .
Nella figura 1, con il riferimento 1 è indicata una rete elettrica domestica, la quale comprende un contatore elettronico 2 collegato alla rete di distribuzione elettrica ed almeno una presa di corrente 3, ad esempio di tipo bipolare o tripolare . Alla rete elettrica ed in particolare alla presa di corrente 3 è preferibilmente collegato , cioè elettricamente interconnesso, un dispositivo 5 per monitorare il consumo di potenza della rete elettrica 1. E chiaro che la rete elettrica 1 comprende anche uno o più carichi non mostrati nelle figure, ad esempio in base agli elettrodomestici connessi alla rete elettrica 1 ed attivati/disattivati dall'utente.
Il dispositivo 5 comprende un contenitore scatolare 6, nell'esempio non limitativo comprendente una spina di corrente 7 atta ad accoppiarsi alla presa di corrente 3. In accordo ad una forma di realizzazione preferita e non limitativa, il dispositivo 5 comprende preferibilmente ospitati nel contenitore scatolare 6: una interfaccia di comunicazione 8 per la comunicazione ad onde convogliate con il contatore elettronico 2, un circuito di accoppiamento 9 per collegare l'interfaccia di comunicazione 8 alla spina di corrente 7, un'interfaccia utente 10, una unità di elaborazione e controllo 11 provvista di una memoria interna e interfacciata con l'interfaccia di comunicazione 8 e con l'interfaccia utente 10, due prese USB 12 e 13 collegate all'unità di elaborazione e controllo 11 ed un modulo di alimentazione 14 con un proprio ingresso collegato direttamente alla spina di corrente 7 per alimentare elettricamente l'interfaccia di comunicazione 8 e l'unità di elaborazione e controllo 11.
In una forma di realizzazione alternativa, l'interfaccia di comunicazione 8 potrebbe essere una interfaccia di comunicazione radio, ad esempio una interfaccia di comunicazione Bluetooth o Wi-Fi. D'ora in avanti nella presente descrizione , per questioni di semplicità di descrizione e senza per questo introdurre alcuna limitazione, si farà riferimento al caso in cui l'interfaccia di comunicazione 8 sia una interfaccia di comunicazione ad onde convogliate e che dunque la comunicazione fra il dispositivo 5 ed il contatore elettronico sia una comunicazione and onde convogliate sulla rete elettrica domestica, che rappresenta dunque anche il canale di comunicazione fra il dispositivo 5 ed il contatore elettronico 2.
L'interfaccia utente 10 comprende preferibilmente un pulsante 15 e due led 16 e 17 comandati dall'unità di elaborazione e controllo 11 per segnalare lo stato di funzionamento del dispositivo 5, ad esempio per segnalare l'avvenuto appaiamento tra il dispositivo 5 ed il contatore elettronico 2.
La presa USB 12 è ad esempio prevista per ricevere un connettore USB di tipo A ed è utilizzata per collegare il dispositivo 5 ad un dispositivo aggiuntivo, ad esempio un dispositivo di interfaccia di rete wireless, ad esempio Wi-Fi o Bluetooth. La presa USB 13 è ad esempio prevista per un connettore USB di tipo mini-B ed è utilizzata per il collegamento del dispositivo 5 ad un personal computer.
L'unità di elaborazione e controllo 11 è configurata per :
- calcolare a bordo del dispositivo una stima di detta misura di consumo di potenza o ottenere a bordo del dispositivo detta misura di consumo di potenza;
- confrontare detta stima o detta misura di consumo di potenza con almeno un primo valore di soglia;
- aumentare detta frequenza di interrogazione se detta stima o misura di potenza è superiore , o superiore o uguale, a detto valore di soglia.
In accodo ad una forma di realizzazione, l'unità di elaborazione e controllo 11 è anche configurata per:
- confrontare detta stima o detta misura di consumo di potenza con almeno un secondo valore di soglia;
- diminuire detta freguenza di interrogazione se detta stima o misura di potenza è inferiore, o inferiore o uguale, a detto secondo valore di soglia.
In tal modo la frequenza di interrogazione può essere vantaggiosamente incrementata se aumenta il consumo di potenza ed invece diminuita se diminuisce il consumo di potenza . Prevedendo una pluralità di soglie è possibile stabilire una pluralità di fasce di riferimento di consumo di potenza stimata o misurata ed associare a ciascuna fascia una rispettiva frequenza di interrogazione.
La misura di potenza può essere fornita direttamente dal contatore elettronico , oppure calcolata a bordo del dispositivo 5 a partire da almeno il suddetto parametro fornito dal contatore elettronico a seguito dell' interrogazione tramite il dispositivo 5, oppure può essere stimata dal dispositivo 5. In quest'ultimo caso, il dispositivo 5 può, ad esempio come sarà di seguito descritto, calcolare delle stime di potenza fra due interrogazioni successive del contatore elettronico 2 ed eseguire una regolazione più rapida della frequenza di interrogazione utilizzando dette stime. Gli esempi che saranno di seguito descritti saranno relativi a quest'ultimo caso, fermo restando che gli insegnamenti della presente descrizione sono estesi anche ai due casi precedenti, cioè al caso in cui non venga effettuata una stima della potenza consumata fra due interrogazioni successive e non venga dunque effettuata una regolazione fine della frequenza di interrogazione in una pluralità di istanti compresi fra due interrogazioni successive.
In accordo ad una forma di realizzazione vantaggiosa, al fine di ottenere una stima della misura del consumo di potenza fra due interrogazioni successive, e dunque sia una regolazione di fine della frequenza di interrogazione sia un monitoraggio più frequente del consumo di potenza, il dispositivo 5 comprende un circuito di misura di tensione 18, che ha:
- un ingresso collegato alla rete elettrica 1, ad esempio tramite la spina di corrente 7, per misurare la tensione elettrica della rete elettrica domestica 1 nel punto della rete (ad esempio, alla presa di corrente 3) in cui vi è collegato il dispositivo 5;
un'uscita collegata all'unità di elaborazione e controllo 11 per fornire a quest'ultima i valori di tensione misurati.
Il circuito di misura di tensione 18 può essere realizzato in modo di per sé sostanzialmente noto . In accordo con una prima forma di attuazione, il circuito di misura di tensione 18 comprende una resistenza di shunt, la quale è collegata in modo noto all'ingresso di un convertitore analogico/digitai e dell'unità di elaborazione e controllo 11. In accordo con una seconda forma di attuazione , il circuito di misura di tensione 18 comprende un circuito integrato di tipo noto basato su un elemento a transistor .
Secondo 1'invenzione , 1'unità di elaborazione e controllo 11 è programmata e configurata per implementare il seguente metodo di monitoraggio del consumo di potenza elettrica della rete elettrica domestica 1.
Il dispositivo 5 interroga periodicamente il contatore elettronico 2 per ricevere ad ogni istante di interrogazione informazioni utili ad ottenere o calcolare primi valori di tensione e primi valori di corrente. Tali informazioni comprendono almeno un parametro correlato ad una misura di consumo effettuata dal contatore elettronico 2. In accordo ad una forma di realizzazione detto almeno un parametro comprende un valore di potenza, ad esempio di potenza attiva, misurato dal contatore elettronico 2. In questo caso il dispositivo 5 è tale da calcolare o determinare per ciascuna interrogazione un rispettivo primo valore di tensione ed un rispettivo primo valore di corrente a partire da detto valore di potenza misurato. In accordo ad una forma di realizzazione alternativa, detto almeno un parametro comprende un valore di corrente ed un valore di tensione misurati dal contatore elettronico 2, dunque in questo caso il dispositivo 5 ottiene i primi valori di corrente ed i primi valori di tensione direttamente dal contatore elettronico 2.
Il periodo di interrogazione Tq con il quale il dispositivo 5 interroga il contatore elettronico 2 ha un valore compreso tra 1 minuto e 60 minuti in modo tale che la banda (limitata) del canale trasmissivo ad onde convogliate non ostacoli la comunicazione tra il dispositivo 5 ed il contatore elettronico 2.
Il campionamento tramite il circuito di misura di tensione 18, avviene secondo un periodo di campionamento fisso o variabile Ts minore del periodo di interrogazione Tq e consente al dispositivo 5 di ottenere secondi valori di tensione. Vantaggiosamente, per semplificare 1'implementazione del metodo , la tensione alla spina di corrente 7 viene campionata in modo sincrono con 1'interrogazione del contatore elettronico 2 e con un periodo di campionamento Ts di valore pari ad un sottomultiplo del valore del periodo di interrogazione Tq.
In accordo ad una forma di realizzazione, all'i-esimo istante di interrogazione viene letto il valore di potenza Pcei misurata dal contatore elettronico 2, ad esempio un valore di potenza attiva, o un primo valore di tensione ed un primo valore di corrente.
Si suppone che la differenza tra la tensione rilevabile ai capi del contatore elettronico 2 Vcei(e quella letta dal circuito di misura di tensione 18 Vdevi sia trascurabile, dunque:
Vcei = Vdevi
Pertanto si suppone:
Ice!= Pcei/Vcei
Viene definita
Alcei = Icei - Icei_i
in cui i e i-1 indicano due istanti di interrogazione consecutivi del contatore elettronico 2.
In accordo ad una forma di realizzazione, in una fase iniziale del metodo di monitoraggio, non appena il valore di AIceifche rappresenta una variazione di corrente fra due interrogazioni successive del contatore elettronico 2, supera un certo valore di soglia ItO, i primi valori di corrente Ice*ed i primi valori di tensione Vce*vengono utilizzati dal dispositivo 5 per ottenere una resistenza, indicata qui di seguito Req, che è indicativa della resistenza equivalente vista dal contatore elettronico 2 verso la rete di distribuzione dell energia elettrica. Il valore di soglia ItO è compreso, per esempio, tra 2A-8A estremi inclusi.
Più in dettaglio, ad ogni istante di interrogazione (i-esimo istante di interrogazione) in cui il valore di Alce supera il valore di soglia ItO, viene calcolata dall'unità di elaborazione e controllo una resistenza istantanea Reqi come rapporto tra il valore assoluto di una variazione tra gli ultimi due valori di tensione ed una variazione tra gli ultimi due valori di corrente forniti direttamente o indirettamente dal contatore elettronico 2, cioè
Reqi = | AVcei | / | Al cei |
in cui
AVcei = Vce± -Vcei_i
Alce!= Icei - Icei_i.
Preferibilmente, la resistenza equivalente Req è calcolata come media aritmetica a finestra scorrevole delle resistenze istantanee Reqi a mano a mano che queste ultime vengono calcolate. La finestra scorrevole utilizzata per il calcolo della media aritmetica ha un'ampiezza compresa, per esempio , tra 100 e 400 campioni.
I valori di tensione e di corrente sono direttamente forniti dal contatore elettronico 2 nel caso in cui il contatore 2 sia tale da misurare detti valori e fornirli in uscita a seguito di interrogazioni effettuate dal dispositivo 5. In questo caso il dispositivo 5 ottiene a bordo i primi valori di corrente ed i primi valori di tensione direttamente dal contatore elettronico 2.
I valori di tensione e di corrente sono indirettamente forniti dal contatore elettronico 2 nel caso in cui il contatore 2 non sia tale da misurare detti valori e/o fornirli in uscita a seguito di interrogazioni effettuate dal dispositivo 5 e nel caso in cui sia il dispositivo 5 a calcolare tali valori a partire da informazioni fornite dal contatore elettronico 2. In questo caso il dispositivo 5 è tale da calcolare a bordo per ciascuna interrogazione un rispettivo primo valore di tensione ed un rispettivo primo valore di corrente a partire da almeno un parametro correlato ad una misura di consumo effettuata dal contatore elettronico 2. Come già spiegato, in accordo ad una forma di realizzazione detto almeno un parametro comprende un valore di potenza misurato, ad esempio di potenza attiva.
I dati intermedi per il calcolo della media aritmetica a finestra scorrevole vengono preferìbilmente memorizzati nella memoria dell'unità dì elaborazione e controllo 11.
Per ogni istante dì campionamento della tensione dì rete da parte del circuito dì misura dì tensione 18 (jesìmo istante dì campionamento) , viene calcolata la variazione dì tensione AVdeVjicome differenza tra il valore dì tensione letto in tale istante dì campionamento (j-esìmo istante dì interrogazione) ed il valore dì tensione letto all'istante dell ultima interrogazione del contatore elettronico 2 (ì-esìmo istante dì interrogazione) , ed una variazione dì corrente AldeVjicome rapporto tra detta variazione dì tensione Δλ/deVjie la resistenza equivalente Req, cioè:
Δλ/deVji= Vdevj- Vdevi
Aldevj±= - AVdeVji/Req,
in cui il j-esìmo istante dì campionamento è compreso tra 1'ì-esìmo istante dì interrogazione ed 1 ì+l-esìmo istante dì interrogazione.
Un valore dì stima dì potenza consumata o assorbita dalla rete elettrica domestica 1 tra due interrogazioni consecutive , cioè al j-esìmo istante dì campionamento tra 1 ì-esìmo istante dì interrogazione e 1'ì+l-esìmo istante dì interrogazione, sì ottiene con la seguente formula:
PLji= (Vcei Δλ/deVji)-(Icei AldeVji),
in cui Vcei e Icei sono primi valori dì tensione e corrente , cioè ì valori ottenuti o calcolati dal dispositivo 5 grazie all'interrogazione del contatore elettronico 2 all' i-esimo istante . Nella realtà, le variazioni di tensione Δλ/deVjicomprendono anche componenti aleatorie che non sono dovute al collegamento o scollegamento di un carico nella rete elettrica domestica e sono ad esempio dovute all accensione o lo spegnimento di un carico a monte del contatore elettronico 2 . Queste componenti aleatorie introducono un certo errore nel calcolo del valore di stima di potenza consumata PLji, tale errore venendo, tuttavia, annullato ad ogni campionamento eseguito agli istanti di interrogazione del contatore elettronico 2. Infatti, agli istanti di interrogazioni le variazioni di tensione AVdeVji, e di conseguenza le variazioni di corrente Aldevj±, sono per definizione nulle.
In accordo ad una forma di realizzazione vantaggiosa, per ridurre il contributo di rumore tra due interrogazioni consecutive del contatore elettronico 2, viene effettuata una media mobile <PLji> su un dato intervallo temporale di media Tav dei valori di stima della potenza consumata PLji,Ad esempio, Tav è compreso nel range 10-30 secondi, estremi inclusi .
Ad esempio, i valori di stima di potenza consumata PLji, o le medie <PLji>, calcolati ad ogni passo di campionamento secondo il periodo Ts vengono resi disponibili alle prese USB 12 e 13 in modo tale da poter essere acquisiti ed elaborati da un apposito programma installato su personal computer allo scopo di visualizzare i dati di potenza consumata e/o generare segnali di allarme audio e/o visivi in relazione a tali dati. D'ora in avanti per semplicità descrittiva, ci si riferirà ai valori di stima di potenza consumata PLjisia nel caso in cui tali valori non siano mediati sia nel caso in cui tali valori siano mediati come sopra descritto per ridurre il rumore.
Secondo una forma di attuazione della presente invenzione , il periodo di interrogazione Tq del contatore elettronico 2 viene regolato dal dispositivo 5 in funzione dei valori di stima di potenza consumata PLjiin modo da aumentare la precisione della stima della potenza consumata nelle situazioni più critiche. In particolare, la frequenza d'interrogazione viene progressivamente aumentata con 1'aumentare dei valori di stima di potenza consumata PLji, poiché più la potenza è vicina al valore di soglia che provoca il distacco automatico più la situazione diventa critica e quindi la potenza va stimata con maggiore precisione .
Più in dettaglio, nella suddetta forma di realizzazione 1 'intervallo di potenza erogabile dal contatore elettronico 2 è suddiviso in più fasce di potenza mediante un certo numero N di valori di soglia di potenza, a ciascuna dei quali è associato un rispettivo intervallo di isteresi. Dunque il numero delle fasce di potenza è pari a N+l. La k-esima fascia di potenza in cui si trova il valore di stima di potenza consumata PLjiviene identificata dal dispositivo 5 sulla base di un confronto tra il valore di stima di potenza consumata PLjie gli N valori di soglia. Preferibilmente, tale confronto viene svolto dal dispositivo 5 ad ogni passo di campionamento per consentire una rapida regolazione del periodo di interrogazione Tq.
La figura 2 illustra un esempio con 3 valori di soglia (N=3), indicate con PI, P2 e P3, che suddividono l'intervallo di potenza in quattro fasce di potenza.
Secondo una possibile forma di attuazione, a ciascuna fascia di potenza è associato un tempo di interrogazione iniziale TqOk(o "tempo di prima interrogazione"), in cui k è l'indice di fascia compreso tra 1 e N+l, che consiste nel tempo che deve trascorrere da quando il valore di stima di potenza consumata PLjientra nella k-esima fascia a seguito di un incremento di potenza (passaggio dalla k-l-esima fascia alla k-esima fascia) prima di eseguire la prima interrogazione del contatore elettronico 2 nella k-esima fascia. Preferibilmente, la suddetta logica non viene applicata nel caso di decremento del valore di stima di potenza consumata verso una fascia inferiore, in quanto la diminuzione della potenza consumata stimata è considerata un allontanamento dalla situazione critica. In accordo ad una forma di realizzazione vantaggiosa, il valore dei tempi di prima interrogazione TqOkdecresce passando dalla fascia di potenza più bassa (k=l) alla fascia di potenza più alta (k=N+1) :
TqOk+i< TqOk.
Inoltre, a ciascuna fascia di potenza è associato un rispettivo valore Tqkdel periodo di interrogazione in modo tale che quando il valore di stima di potenza consumata PLjisi porti nella k-esima fascia di potenza, il periodo di interrogazione Tq viene regolato al relativo valore Tqk, cioè Tq = Tqk. I valori Tqkassegnati al periodo di interrogazione Tq all'ingresso di una fascia di potenza decrescono passando dalla fascia di potenza più bassa (k=l) alla fascia di potenza più alta (k=N+l):
Tqk+ι < Tqk-I valori Tq3⁄4sono ad esempio compresi fra un minimo valore di 10 minuti per la fascia di potenza più elevata fino ad un massimo di 60 minuti per la fascia di potenza più bassa.
Fino a quando i valori di stima di potenza consumata PLjirimangono nella k-esima fascia, il contatore elettronico 2 viene interrogato secondo il rispettivo periodo di interrogazione Tq=Tqk.
Secondo un'ulteriore forma di attuazione della presente invenzione, ciascuna delle N fasce di potenza al di sotto del valore di soglia più elevato (N-esimo) è suddivisa in due relative sottofasce di uguale ampiezza da un relativo ulteriore valore di soglia. Dunque, il numero delle sottofasce di potenza è pari a 2N.
La figura 3 illustra le sottofasce nel medesimo esempio di fasce (N=3) della figura 2.
A ciascuna delle sottofasce è associato un rispettivo valore Tqkzdel periodo di interrogazione, in cui k è l'indice di fascia compreso tra 1 e N e, all'interno della k-esima fascia, z è l'indice di sottofascia che vale 1 o 2. I valori Tqkzper k compreso tra 1 e N della forma di attuazione della figura 3 sostituiscono i valori Tqkdi medesimo indice k della forma di attuazione della figura 2. I valori Tq^zdel periodo di interrogazione decrescono passando dalla sottofascia inferiore della prima fascia (k=l) alla sottofascia superiore della penultima fascia (z=N) . Il valore TqN+iassociato all'ultima fascia è minore dei valori Tqkzdi tutte le sottofasce (k compreso tra 1 e N).
I valori Tqkzsono ad esempio compresi fra un minimo valore di 10 minuti per la fascia di potenza più elevata fino ad un massimo di 60 minuti per la fascia di potenza più bassa.
La presenza delle sottofasce permette dì ottimizzare ulteriormente la frequenza dì interrogazione del contatore elettronico allo scopo dì aumentarla solamente nelle situazioni dì potenza più crìtiche che potrebbero portare ad un distacco del contatore elettronico 2. A due sottofasce appartenenti alla stessa fascia k è preferìbilmente associato lo stesso istante dì prima interrogazione T03⁄4.
Vi sono ulteriori possìbili forme dì realizzazione, complementari a quelle già descrìtte, che consentono dì ottimizzare ulteriormente le interrogazioni al contatore elettronico , che saranno qui dì seguito descrìtte.
Secondo una prima ulteriore forma dì realizzazione, 1'interrogazione del contatore elettronico 2, avviene in corrispondenza dì una variazione dì potenza superiore ad un valore fìsso determinato. Più in dettaglio, viene ad esempio calcolato il valore medio dei valori medi <PLji> utilizzando un numero Lv dì valori medi precedenti <PLj±>. Tale valore medio viene indicato con « PLji» e memorizzato per elaborazioni successive . Successivamente , viene calcolata la differenza A<PLji> tra <PLji> e « PLji» .
AtPLjid= <PLji> - « PLji» .
Vengono definiti m e d, due variabili contatore poste inizialmente uguali a 0
m,d = 0.
Se la differenza Δ<ΡΙ^ι> risulta maggiore del valore di potenza prefissato PV (es, 1000 W) o minore del valore di potenza prefissato PN (es, -500 W), le variabili contatori m e d vengono poste rispettivamente a uno e zero. If Δ<ΡLji> > PV or A<PLji> < PN then
m = 1; d = 0
Ad ogni istante di campionamento q > j, viene calcolata la differenza A<PLqi> tra <PLql> e « PLji» .
A<PLqi> = <PLqi> - « PLji» .
Se fi<PLql> è maggiore del valore di potenza prefissato PV o minore del valore di potenza prefissato PN, la variabile d viene posta a zero . Se nessuna delle due condizioni è verificata, d viene incrementata di uno. Dunque :
If Δ<ΡLqi> > PV or A<PLql> < PN then
d = 0
else d = d+1
Se il valore di d eccede un valore prefissato DMAX, m viene posta pari a zero, cioè viene resettata. In caso contrario, m viene incrementata di uno.
If d > DMAX Then
m = 0
else m = m+1
Se m assume il valore prefissato MMAX, m viene posta a zero, d viene posta a zero, e all'istante di elaborazione successivo viene interrogato il contatore elettronico 2. Dunque :
If m = MMAX then
m = 0; d = 0
interrogazione contatore all'istante j+1.
Secondo una seconda ulteriore forma di attuazione, complementare alla prima ulteriore forma di realizzazione sopra descritta, 1'interrogazione del contatore elettronico 2, avviene in corrispondenza al rilevamento di una differenza tra il massimo locale tPLtmaxed il minimo locale <PLi-mindella curva di potenza <PLji> maggiore di una quantità prefissata. Più in dettaglio, viene confrontato il valore della potenza media <PLji> ed il valore <PLj_i,i> relativo all'istante di campionamento precedente.
Se <PLji> è maggiore di <PLj_i(1> 1'andamento è crescente , altrimenti è decrescente.
Se l'andamento rilevato all'istante j differisce da quello rilevato all'istante j-1 , viene calcolata la differenza APL
APL = <PL>max-<PL>min-Se tale differenza risulta maggiore di un valore prefissato LTMAX, all'istante di elaborazione successivo viene interrogato il contatore elettronico 2 . Se 1'andamento rilevato è crescente, il valore <PLji> viene memorizzato nella variabile tPLtmax. Se 1'andamento rilevato è decrescente , il valore <PLji> viene memorizzato nella variabile tPL^n.
Secondo una terza ulteriore forma di attuazione della presente invenzione , combinabile con la prima ulteriore forma di realizzazione sopra descritta e/o con la seconda ulteriore forma di realizzazione sopra descritta, a ciascuna fascia di potenza è associato un tempo minimo di interrogazione TmO^, in cui k è l'indice di fascia compreso tra 1 ed N+l. Tale tempo minimo di interrogazione indica 1'intervallo di tempo minimo che deve intercorrere tra due interrogazioni successive del contatore elettronico 2. Il valore dei tempi minimi di interrogazione TmOkdecresce passando dalla fascia di potenza più bassa (k=l) alla fascia di potenza più alta (k=N+l):
TmOk+i < TmOk.
Benché l'invenzione sopra descritta faccia particolare riferimento ad esempi di attuazione ben precisi, essa non è da ritenersi limitata a tali esempi, rientrando nel suo ambito tutte quelle varianti, modifiche o semplificazioni che risulterebbero evidenti al tecnico esperto del settore, quali ad esempio 1 'implementazione in un dispositivo montabile su di una barra DIN e collegabile in un punto della rete elettrica immediatamente a valle del contatore elettrico 2 tramite opportuni morsetti di collegamento.
Claims (16)
- RIVENDICAZIONI 1. Metodo per monitorare la potenza elettrica consumata da una rete elettrica domestica comprendente un contatore elettronico (2) collegato ad una rete di distribuzione dell energia elettrica, il metodo comprendendo le fasi di: - interrogare periodicamente , secondo un periodo di interrogazione , il contatore elettronico (2) su un canale di comunicazione tramite un dispositivo (5), al fine di ricevere ad ogni istante di interrogazione informazioni comprendenti almeno un parametro correlato ad una misura di consumo di potenza effettuata dal contatore elettronico; - calcolare a bordo del dispositivo una stima di detta misura di consumo di potenza o ottenere a bordo del dispositivo detta misura di consumo di potenza; - confrontare detta stima o detta misura di consumo di potenza con almeno un primo valore di soglia; - aumentare detta frequenza di interrogazione se detta stima o misura di potenza è superiore , o superiore o uguale, a detto valore di soglia.
- 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui : detta fase di calcolare o ottenere è tale da calcolare o ottenere a bordo del dispositivo (5) primi valori di tensione (Vcei) e corrispondenti primi valori di corrente (Icei); il dispositivo comprende elementi di collegamento elettrico (7) collegati alla rete elettrica domestica (1) ed un circuito di misura di tensione collegato a detti elementi di collegamento elettrico; ed in cui il metodo comprende le fasi di: campionare , tramite detto circuito di misura di tensione (18) la tensione della rete elettrica domestica (1) secondo un periodo di campionamento (Ts) inferiore a detto periodo di interrogazione per ottenere secondi valori di tensione (Vdevj, Vdevi); e determinare a bordo del dispositivo (5) una pluralità di valori di stima di potenza consumata (PLj±), fra due istanti di interrogazioni consecutive del contatore elettronico, in funzione di detti primi valori di tensione (Vce±), di detti primi valori di corrente (Ice±) e di detti secondi valori di tensione (Vdevj); ed in cui detta fase di confrontare è tale da confrontare detta pluralità di valori di stima con detto almeno un primo valore di soglia.
- 3. Metodo secondo la rivendicazione 2, in cui la fase di determinare comprende le fasi di: - calcolare una resistenza equivalente (Req), che è indicativa della resistenza equivalente vista dal contatore elettronico (2) verso la rete di distribuzione di energia elettrica, in funzione di una serie di detti primi valori di tensione (Vcei) e di una corrispondente serie di detti primi valori di corrente (Icei); e - determinare valori di stima di potenza consumata (PLji) in funzione di detti primi valori di tensione (Vce*), di detti primi valori di corrente (Ice*) di detta resistenza equivalente (Req) e di detti secondi valori di tensione (Vdevj,Vdevi).
- 4. Metodo secondo la rivendicazione 3, in cui detta resistenza equivalente (Req) è calcolata come media aritmetica a finestra scorrevole di una pluralità di resistenze istantanee (Reqi), ciascuna delle quali è calcolata come rapporto tra una prima variazione di tensione (AVcei) ed una corrispondente prima variazione di corrente (ΔΙοβι), detta prima variazione di tensione (AVcei) essendo una differenza tra due primi valori di tensione acquisiti/calcolati in due passi di interrogazione consecutivi e detta prima variazione di corrente (Alcei) essendo una differenza tra due valori di corrente acquisiti/ calcolati nei medesimi due passi di interrogazione .
- 5. Metodo secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui la fase di determinare comprende: - determinare valori di stima di potenza consumata (PLji) tra due passi di interrogazione consecutivi (i, i+1) in funzione di uno di detti primi valori di tensione (Vcei) e di uno di detti primi valori di corrente (Ice*) acquisiti al primo di detti due passi di interrogazione consecutivi ed in funzione dei secondi valori di tensione (Vdevj) campionati tra i due passi di interrogazione consecutivi.
- 6. Metodo secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui la fase di determinare comprende: - per ciascun passo di campionamento (j) tra due passi di interrogazione consecutivi (i, i+1), calcolare una relativa seconda variazione di tensione (AVdeVjj) tra uno di detti secondi valori di tensione (Vdevj), relativo a tale passo di campionamento, ed un altro di detti secondi valori di tensione (Vdevi), campionato in corrispondenza del primo dei due passi di interrogazione consecutivi; e - per ciascun passo di campionamento (j) tra due passi di interrogazione consecutivi (i, i+1), calcolare un relativo valore di stima potenza consumata (PLj±) in funzione di uno di detti primi valori di tensione (Vcei) e di uno di detti primi valori di corrente (Icei) ottenuti o calcolati al primo di detti due passi di interrogazione consecutivi ed in funzione di detta seconda variazione di tensione (AVdeVji) e di detta resistenza equivalente (Req).
- 7. Metodo secondo la rivendicazione 6, in cui detto valore di stima di potenza consumata è calcolato secondo la formula : PLji= (Vce±+ Δλ/deVji)-(Icei AldeVji), in cui PLjiè il valore di stima di potenza consumata al generico passo di campionamento j, Vce*è detto uno di detti primi valori di tensione ottenuti/calcolati al primo di detti due passi di interrogazione consecutivi, Δλ/deVjiè detta seconda variazione di tensione, Ice*è detto uno di detti primi valori di corrente ottenuti/calcolati al primo di detti due passi di interrogazione consecutivi e AldeVjiè una seconda variazione di corrente calcolata come rapporto tra detta seconda variazione di tensione e detta resistenza equivalente.
- 8. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 7, comprendente una fase di variare il periodo di interrogazione in funzione di detti valori di stima di potenza consumata (PLji).
- 9. Metodo secondo la rivendicazione 8, in cui detta fase di variare comprende una operazione di ridurre progressivamente detto periodo di interrogazione con 1'aumentare di detti valori di stima di potenza consumata (PLji)-
- 10 . Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 9, e comprendente le fasi di: - suddividere 1'intervallo di potenza erogabile dal contatore elettronico (2) in una pluralità di fasce di potenza mediante una corrispondente pluralità di valori soglia di potenza; - associare alle fasce di potenza rispettivi valori di periodo di interrogazione , i quali decrescono passando dalla fascia di potenza più bassa alla fascia di potenza più alta; - identificare la fascia di potenza in cui si trovano detti valori di stima di potenza consumata (PLji) sulla base di un confronto tra detti valori di stima di potenza consumata e detti valori di soglia di potenza; e - regolare il periodo di interrogazione al valore di periodo di interrogazione associato alla fascia di potenza identificata .
- 11 . Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 10, comprendente: suddividere 1'intervallo di potenza erogabile da detto contatore elettronico (2) in una pluralità di fasce di potenza mediante una corrispondente pluralità di valori soglia di potenza; - identificare la fascia di potenza in cui si trovano detti valori di stima di potenza consumata (PLJÌ) sulla base di un confronto tra detti valori di potenza consumata e detti valori di soglia di potenza; e - associare alle fasce di potenza rispettivi tempi di interrogazione iniziale (TqOk), ciascuno dei quali consiste nel tempo che deve trascorrere da quando i valori di stima di potenza consumata sono entrati nella relativa fascia di potenza in seguito un incremento di potenza prima di eseguire una prima interrogazione di detto contatore elettronico (2) in tale fascia di potenza.
- 12 . Metodo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni , in cui detto canale di comunicazione è detta rete elettrica domestica ed in cui detto contatore elettronico (2) e detto dispositivo comunicano fra loro su detta rete elettrica tramite comunicazione ad onde convogliate .
- 13 . Dispositivo (5) operativamente collegabile ad un contatore elettronico per stimare la potenza elettrica consumata da una rete elettrica domestica comprendente detto contatore elettronico (2), comprendendo una interfaccia di comunicazione (8) per la comunicazione con il contatore elettronico (2) su un canale di comunicazione ed una unità di elaborazione e controllo (11) operativamente connessa all'interfaccia di comunicazione (8), il dispositivo (5) essendo configurato e programmato per interrogare il contatore elettronico (2) su detto canale di comunicazione al fine di ricevere ad ogni istante di interrogazione informazioni comprendenti almeno un parametro correlato ad una misura di consumo di potenza effettuata dal contatore elettronico (2) ed essendo caratterizzato dal fatto che l'unità di elaborazione e controllo è configurata per: - calcolare a bordo del dispositivo una stima di detta misura di consumo di potenza o ottenere a bordo del dispositivo detta misura di consumo di potenza; - confrontare detta stima o detta misura di consumo di potenza con almeno un primo valore di soglia; - aumentare detta frequenza di interrogazione se detta stima o misura di potenza è superiore , o superiore o uguale, a detto valore di soglia.
- 14 . Dispositivo (5) secondo la rivendicazione 13, in cui: 1'unità di elaborazione e controllo (11) è configurata per calcolare una pluralità di valori di stima di potenza consumata fra due interrogazioni successive; il dispositivo (5) comprende elementi di collegamento alla rete elettrica domestica ed un circuito di misura di tensione (18) collegato a detti elementi di collegamento per misurare la tensione della rete elettrica domestica (1) nel punto di collegamento con detti elementi di collegamento elettrico (7) e fornire in uscita una pluralità di valori di tensione fra due interrogazioni successive del contatore elettronico (2) al fine di calcolare detta pluralità di valori di stima.
- 15 . Dispositivo (5) secondo la rivendicazione 13, in cui detta interfaccia di comunicazione (8) è una interfaccia di comunicazione ad onde convogliate.
- 16 . Dispositivo (5) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 13-15 , in cui 1'unità di elaborazione e controllo (11) è configurata per implementare un metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 12.
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