Tự động điều khiển bình đun nước nóng bằng mô-đun SCR Wi-Fi

Bài viết này giới thiệu cách tự động điều khiển bình đun nước nóng bằng mô-đun SCR Wi-Fi (SCR_485) và đồng hồ đo điện IAMMETER để nâng cao tỷ lệ tự tiêu thụ của hệ thống quang điện (PV).

Bằng cách điều chỉnh công suất đầu ra của mô-đun SCR theo thời gian thực dựa trên công suất phát lên lưới, giải pháp này hướng đến việc tiêu thụ càng nhiều công suất phát lên lưới càng tốt và nâng cao tỷ lệ tự tiêu thụ của hệ thống PV.

Trước đây, chúng tôi đã có một bài hướng dẫn dạy bạn cách sử dụng mô-đun SCR Wi-Fi với firmware ESP Home để điều chỉnh tuyến tính công suất đầu ra của các tải điện trở. Để biết thêm chi tiết, vui lòng tham khảo liên kết sau: ESP32 + mô-đun SCR: Điều chỉnh tuyến tính công suất đầu ra của các tải điện trở, chẳng hạn như máy sưởi.

Hiển thị hiệu quả

Như trong hình, sau khi bật chế độ tự động, "Set Power" của bộ điều khiển SCR được điều chỉnh liên tục theo thời gian thực dựa trên công suất phát lên lưới, giữ công suất phát lên lưới ở khoảng 0W.

Control the power of the heater according to the grid power

Grid Power REV: Công suất phát lên lưới

SCR_485 Power: "Set Power" của SCR_485

Giới thiệu về SCR_485

Bộ điều khiển công suất tuyến tính với công suất đầu ra tối đa 4 kW (hệ thống 220V). Thiết bị có thể điều chỉnh tuyến tính công suất đầu ra trong phạm vi 0-4 kW, được khuyến nghị dùng để điều khiển các tải điện trở (như bình đun nước nóng) và cung cấp kết nối Wi-Fi.

SCR_485,linear power contrllor,voltage regulator for the resistive load

Để biết thêm thông tin, xem liên kết này.

Firmware

SCR_485 sử dụng firmware ESP Home, đã được nạp sẵn trước khi xuất xưởng.

YAML

Tệp YAML: SCR-485.yaml.

Khách hàng cần cấu hình địa chỉ IP và thông tin pha liên quan theo cách sử dụng đồng hồ đo điện thực tế.

Sơ đồ đấu dây hệ thống

Sơ đồ đấu dây của hệ thống như hình dưới đây, với các thành phần chính như sau:

Một đồng hồ đo điện ba pha IAMMETER được dùng để đo công suất lưới. Vì đồng hồ đo điện của IAMMETER là đồng hồ hai chiều, nó có thể đo công suất hai chiều (công suất lấy từ lưới và công suất phát trả về lưới) và cung cấp API để đọc kết quả đo theo thời gian thực.
SCR_485: Mô-đun SCR Wi-Fi đọc các giá trị công suất từ đồng hồ IAMMETER qua API và điều chỉnh công suất đầu ra theo thời gian thực để điều khiển bình đun nước nóng.

Tự động điều chỉnh công suất đầu ra của mô-đun SCR_485 dựa trên công suất lưới

Sau khi hoàn tất việc đấu dây hệ thống, khách hàng cần hoàn thành các công việc sau:

Cấu hình thông tin Wi-Fi cho “SCR_485”.
Cấu hình đồng hồ đo điện IAMMETER trong tệp YAML của ESP Home.
Thiết lập các tham số.

Cấu hình thông tin Wi-Fi cho “SCR_485”

configure the wifi credentials in esp home

Cấu hình đồng hồ đo điện IAMMETER trong ESP Home

Mở trang web trong ESP Home. Trong ảnh chụp màn hình, bạn sẽ thấy sáu thiết bị được liệt kê, vì hiện tại chúng tôi có sáu thiết bị SCR_485 đang được thử nghiệm trong phòng lab.

SCR_485 in ESP Home

Cập nhật tệp cấu hình YAML bằng scr-485.yaml này.

Sửa cấu hình YAML tùy theo loại đồng hồ đo điện đang sử dụng.

WEM3080

WEM3080 là đồng hồ đo điện một pha của IAMMETER, vì vậy nếu bạn sử dụng WEM3080 thì công suất đo được chính là công suất lưới (Grid Power), và bạn chỉ cần đặt địa chỉ IP của đồng hồ như sau:

Thay IP (10.10.30.33) trong tệp YAML bằng IP của đồng hồ đo điện.

yamlCopy codeinterval:
  - interval: 5s
    then:
      - if:
          condition:
            lambda: 'return id(auto_mode);'
          then:
            - http_request.get:
                url: "http://10.10.30.33/monitorjson"
                headers:
                  Content-Type: "application/json"
                verify_ssl: false

WEM3080T/WEM3046T/WEM3050T:

WEM3080T/WEM3046T/WEM3050T đều là các đồng hồ đo điện ba pha của IAMMETER. Nếu sử dụng đồng hồ ba pha, ngoài việc cấu hình địa chỉ IP, bạn còn cần chọn pha cụ thể được dùng để đo công suất lưới.

Đặt địa chỉ IP của đồng hồ

Thay IP 10.10.30.33 trong tệp YAML bằng IP của đồng hồ đo điện.

Chọn pha cụ thể của đồng hồ để đo công suất lưới

Nếu nguồn điện lưới là một pha, có thể dùng bất kỳ pha nào của đồng hồ ba pha để đo công suất lưới (như trong phần sơ đồ đấu dây, pha B được dùng để đo công suất lưới).

Nếu nguồn điện lưới là ba pha, nên dùng tổng công suất của đồng hồ ba pha để biểu thị công suất lưới.

Các chú thích trong đoạn mã dưới đây thể hiện điều này:

yamlCopy codeinterval:
  - interval: 5s
    then:
...

int16_t power_value = root["Datas"][1][2];
# power value in phase A:  ["Datas"][0][2], 
# power value in phase B: it is ["Datas"][1][2]
# power value in phase C: it is ["Datas"][2][2]
...

Thiết lập tham số

Đăng nhập vào trang web, phần giải thích các tham số như sau:

Auto Mode: Chế độ thủ công/Chế độ tự động.

Threshold: Giá trị ngưỡng của vòng điều khiển.

Hysteresis: Tham số trễ của trigger Schmitt. Vì sử dụng điều khiển mức cao và mức thấp, tham số “Hysteresis” được thêm vào để tránh dao động. Một thao tác được kích hoạt khi Grid Power > threshold + Hysteresis hoặc Grid Power < threshold - Hysteresis.

Set power: Công suất đầu ra do SCR_485 đặt.

Set the parameters in SCR-485,threshold,hysteresis

Thiết lập Max Power

Tham số này là công suất tối đa của tải do SCR_485 điều khiển. Vì SCR_485 điều khiển tải bằng cách điều chỉnh điện áp đầu ra, nó cần dùng Max Power này làm tham chiếu khi tính toán Set Power.

Ví dụ: nếu công suất tối đa được đặt là 3,3 kW, SCR sẽ giả định công suất đầu ra là 3,5 kW ở điện áp làm việc 220V. Sau đó, nếu cần điều chỉnh Set Power xuống 0,875 kW, SCR_485 sẽ giảm điện áp xuống 110V.

Thiết lập Threshold và Hysteresis

Việc đưa vào độ trễ nhằm tránh hệ thống điều khiển hoạt động quá thường xuyên, tương tự nguyên lý của trigger Schmitt. Chỉ khi giá trị đo được (công suất lưới) lớn hơn "threshold + hysteresis" hoặc nhỏ hơn "threshold - hysteresis" thì mới thực hiện thao tác (điều chỉnh công suất đầu ra của SCR_485).

Ví dụ: Threshold = -20 W, Hysteresis = 50 W.

Hai cài đặt này dùng để tăng công suất đặt của SCR_485 khi công suất lưới nhỏ hơn -70 W (-20-50).

Hai cài đặt này dùng để giảm công suất đặt của SCR_485 khi công suất lưới lớn hơn 30 W (-20+50).

Xin lưu ý rằng trong phép đo hai chiều của đồng hồ đo điện IAMMETER, giá trị công suất âm nghĩa là hệ thống PV đang phát điện lên lưới, còn giá trị công suất dương nghĩa là hệ thống đang tiêu thụ điện từ lưới.

Set the parameters in SCR-485,threshold,hysteresis