In te r n ation a l Jou rn al  o f Po we r  Elec tron ic s an d   D r ive S y stem  (IJ PED S )  V o l.  11, N o.  1, Mar ch 20 20,  p p.  143~ 1 5 0   IS S N : 2088- 86 94,  D O I :   10.11 59 1 /ij ped s . v11 . i 1.pp 1 43- 15 0           143     Jou rn a l  h o me pa ge :  ht tp: //i j p eds.i a esco re .com  A smart energy consumption  manager based   on protues  simulation       Moh a mmed   Ab du lhu sse i n  M oh amme d ,  A la a D e sh er  Far h ood , A h m ed   J ab b ar  A b i d   T echni cal Elect roni cs  D epartm en t, Technical  In s tr uctors  T rain i n g   Ins t i t ute, Mi d d l e T echn i cal  U n i vers it y, Iraq       Art i cl e In fo     ABSTRACT A r tic le hist o r y :   Re ce i v e d  A pr 8,  201 9  R e v i s e d   Jul   8 ,  2 019  A c c e pte d   J u l   22,  201 9       In  t he  p ro pos ed  s yst e m ,   a   s trat egy   f o r  t h e  contro l  o f   e n e rgy  co ns um ptio n  by   ho m e   a p p l i ances   i s   p r ov ided .  Th e  statisti cs  o f   prev io us   e n e rgy   p r od ucti on  and   con s u m p t i o n   of  a   c as e  st udy  ci ty  a re  u s e d  in  p rov i d i ng   t h e   st rategy.   In  th e  des i g n   o f   th e  pro pos ed  s ys tem,  h o m e  ap pl iances   a re  cate g ori zed   i n t o   th ree  l e vel s   o f   p r i o rity,  ev en  t h o u g h   it  can  b e  mo re  t han   t h ree .  I n   t h i s  ar ticl e   th e  co ntro l  o f   e nergy   co nsu m pt io n  i s   achi e ved  us in g  a  real  t im e  e n e r g y   con s u m p t i o n   m a n a ger  (ECM )  ba s e d  on   s to red  da t a   w it ho ut  t he  n eed  f o r  r e a l   tim e  com m u n i c a t i o n .  Th e  syst e m   w hich   i s   p r o p os e d   h ere  is   a f f o rd abl e   a nd   sim p l e .   Also,   it   does   no t  requ ire  g r id  u pg rade  o r   p o w e r  l i n e   c o mmu nic a t io n   th rou gh  th e  gri d .  K eyw ord s :   Emb e dd e d  s yste m  En e r gy  c o n sump t i on   ma nage me nt  Loa d   c urve    Mi cro c ont rol l e r   Po wer   g r i d     Th is  is a n  o p en acces s a r ti cle u n d e r t h e  CC  B Y -S A  li cens e .    Corres pon d i n g  Au th or:   Mo ham m e d  A bd u l h u sse i n  Moha mm ed,     Tec h ni c a l  Elec t r o ni c s  D e p t. , Tech nica l   Instr u ct ors  Train i ng  Ins titu te,     Mi ddl e   Te ch n i ca l   Un iv e r s ity ,   Ba gh da d,  I ra q.  Em ail:  drad nan m tu@ g ma i l . c o m       1.   I N TR OD U C TI O N   I n   o rde r   t o  m e asure   the   a d eq uac y   o f  ge ne ra ti n g   e nergy,   m argi ns  of   i nst a ll e d   c a p acit y   ove r  p e a k -lo a d   is  u s u al ly  u se d .   A   d e c re ase  in  t he se  m ar gin s   h a s   b ee n  re c o rde d   in   m any   I E A   c oun trie s,   b u t   a re  s t i l l   h ig hly   prese n t   in   s om e   a r ea s  [1] .  In m a jori ty   o f th ir d  w o r l d c o un tr ies , t h e pow er pro duc t i on for sup p l y o f  hous e s  an d   ot her  fac i l i t i e s   w ith in  a   g ive n   p er iod  of  t i m e  i s   i nsu ffic i ent.   T h i s  i s   b e c a u se  s om e  of  t he se   c o u n t r ie s  try  to   reduc e the   c o st  of pow er prod u ct i on or em i ssio n  o f   C o2 thr o u g h   differe nt strate g ie s w h ic h inc l u d e   less pow e r   pro duc t i o n .    O t h e r s  c o un tries   or   c i t i es  t h a t  t r y  t o   r e l y  on   o nl y   re n e wabl e   en e r gy   e nc ount e r   s o m e   ch a lle n g e s  tha t  ar e   a ssocia t ed  w ith  a br up t   w e ather  cha nge s a n d  o t her  co nd i ti o n s.    G l o b al   e ffor t s  have   b ee n   d i rec t e d   t ow ards  p romot i n g   t he  u se   o f  c l ea n  e n e r gy  fo r   t h e  protec t i o n   o f   t h e  en vi ron m e n t ,   a nd   t h e se  e f f o r t s   h av e  al so   i nvol v e d   th e   sc h e d u l in g  of  e ner g y  c o n s um pt i o n   pa tte rn   s o  a s   t o   me et  t he  i ncr e asi ng  dem a n d   f or  pow er   [ 2,  3 ] .   O ne   o f  the  c h al le n g e s  c o n fron t i n g  b u s i n e ss  an d  h ouse h ol ds   i s   the  i n ade q ua t e   s up ply  of  p o w e r .  O n e  of  t he   s t r a t eg ies  u s ed  i n  a d d r e ss i n g  the  iss u e  of  i ns u f f i c i e n t  p o w e r   w ithi n   c itie s  i s   pow er   s up ply   sche du lin g.  W i t h   th is  s c h e d u l in g,   t he  pub li c   o v e r uses  t heir   t ime   sl ot   w he n  the   pow er  is su pp li ed  t o t h em .  This  i n  tur n  has  m a d e  t h e   ex te ns i on  of the tim e of power s up pl y di ffic ul t [ 4 ].  A g a i n s t  th is  b ackdr o p ,   a  so l u t i on  w h ic h  ca n  be  u se d  i n   i n d i v id u a l   h o u se ho lds  is  o ffere d  i n   t hi s   re sea r ch .  Th i s   s ol uti o n   p e rmit s  sma r t   c o nt ro l   a n d   moni to ri ng   o f   t em p o ra r y   l oa d- she d ding  of  t he   i nd ivi d ual   ho use  un i t ’s  p ow er  c ons ump t i o n  an y time   t h e  g i ve n  l i m i t   of  p ow er  c o n s u m p t i o n  i s   e x c e e d e d  [ 5 ,  6 ] .  T h e   spec ifie d  p o w e r   limi t   c an  b e   m a de   f le x i b l e,   s uch  tha t   i t  ca n  be   r e d uc ed  o r  i n c r ea se d  de pe nd ing  o n   t he   ava ila b i l i t y  o f  t he  t o t a l   pow er  all oca t e d  to a   g i ve n a r ea  a t   pa rtic u l ar  time s   o f the   day  or ye a r .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I S S N: 2 0 8 8 - 86 94    I nt  J   P o w   E l e c   &   D r i   S yst   V o l.   11,   N o.   1 ,   Mar   202 0  :    143  –  15 0  14 4 U n l i ke   t he   s m a r t   g r i d,   t he  d esi gne d  s y s t e m   i s  ca pa b l e  of  r e g u l a tin g  e n e r g y   c o n s u m p ti on   w i t ho ut   r e qu ir in g  a  p o w er   l ine   com m uni c a t ion.   M or e   so,   t h e   sy stem   posse sse s   num er ous  f e a t ur es  l i k e  l o w   cost,   sim p lic i t y,   e as y  de vel o pm en t   and  i n sta l la t i o n   b ec a u se  i t  is  b as e d   o n  pr o g r a m m a b le  m i c roco n t ro ller,   a n d   i t  is   pos si b l e   t o   upda te  s ave d   d at a  by  o v e r w r iti n g   t he   e x t er na l   R A M  o r   by   s e n din g   a n   SMS   i f   t h e   G S M   o pt i onal  m odem   c onn ec ted  [ 7 ,   8] .   Th is  p a p er  c on centra t e s   o n  t h e   e l ectric   ener g y   e ng ine e ri ng   a nd  t h e  p o w e r   in dustr y  de par t m e nt s,   t he  e l e c tr ici t y   c or por at io n   a nd  p o w er   g r i d  e n ter p r i ses  t h at  a r e   t he   s ubj e c t s   o f   so ci a l   p o w e r   s a v i n g   i n   a dd iti on   t o  sc i e ntif ic   a n d   r atio na l   pow e r   c on sump t i o n ,   and  dem a nd- s i d e   m ana ge me nt   ( D S M)   i mple m e nta t i o n.   T hey  p l a y   im por tan t  r o l e s   i n s p on sor i n g   t he e n h ance me nt  o f  o v er a ll  ef f i c i e n cy  f or   t he  socia l  pow er   c ons ump t io n a nd  t h e  de ve l opme n t   o f   D S M   w or k.      2.   LITERATURE S UR VEY    I n   a   s y s t e m  th a t   w her e b y   t he   e n t e r pr ise  of   pow er   p r o d u c t io n  is  se par a te d  fr om  t ha t   of   d i s t r ib ut i on,   the   d i s t r i b u ti on   e n t er pr ise   bec o m e s  t o tal l y   r e s po ns ible   f or   t he   i mp le me nt a t i o n  of   D e m a nd- S i de   M a n ag e m ent   ( D SM)  be cau s e   l ar ge  s ca l e   e lectr i c   c ons ume r s  are   dir ect l y   i n v o l ve d  [ 9 ,   1 0 ] .   I n  the   pr op ose d   s ys tem ,   it  is   a s sum e d  tha t   t he ene r g y  w h ic h is pr o duc e d   i s i n s u ff i c i e n t ,   and  t h er e i s  ne e d f o r   the  dem a nd si de t o  r e d u ce   t h e   l o a d  f o r  a  g i v e n  p e r i o d   o f   t i m e   d u r i n g  t h e  y e a r   [ 1 1 ] .   I n  s o m e   s t u d i es,   t h e   rese arc h ers  pro pos ed  a   s tra t e g y  for  en e r gy  c on t r ol  t h a t   is p ri ci ng -b a s ed ;   t h e i r  p r o p o s ed  st r at e g ie s   a r e  aim ed  a t e l i m i n a t i ng  t h e pe ak  l oa d f o r   sm ar t   gr id.   Based o n the  pr ice ,  ener gy  c onsum er s ar e able t o r e gula t e   t he ene r g y  w h ic h   t h e y  cons ume   so as  t o  ma k e  a   tr a d e o f f   b e t w e e n   t he  r ed uc ti on  of   l oad  an d  e l ectr i ci t y   c ost  [ 12 ].   Other  rese arc h ers  ha ve  r ec om m e nded   th a t   d em and   si de  m a n a g em ent   i n   s m a r t   g r i d  ca n  b e   i m p l eme n t e d   by   t h e   s ch edu l i n g   of  t ec hni qu es  u s e d   fo r  home   a p pl i an ce   [ 1 3 ,   1 4 ] .  T h e   po wer  sy st em  h as   b een   im me nsel y a f f e c t ed  b y  c o nsu m e r s’   g r o w i ng   d em and,   t her e by  p os in g   s o m e   ch al l e ng e s  t o th e p o w er  g e n e r at i on  sys t em   i n  te r m s  of   q ua n tit y   and  qua l i t y  o f   p ow er   s up p l y  [ 15] .   T h i s  p r ob lem   in  s m a r t   g r i d  c a n  be   s ol ve d  t h r o ugh   e f f i c i e n t   c o n s u m pt io n  a n d  ec ono mi ca l  g e n e rat i on   b ec au se   i t   is  c om b i ne d  w i t h   i nf o r ma ti o n   c o mm unic a t i o n  tec h no lo gies .   S m a r t  gr i d   p r o v i des  the   op por tu n iti e s   f or   t he  u se  o f   va r i o u s  pr ic in g  sc hem e s  tha t   a r e   c a p abl e   o f  inc r ea sin g   e ff ic i e nc y  of   s che d uli n g  tec h niq ue s  [1 6,   17] .     I n  s p i t e  o f   t h e   i s s u e s  a n d  c h a l l e n g e s   d i s c u s s e d   i n  [ 1 8 ] ,   a  m o r e   s u i ta b l e  so l u t i on  c o ul d  be  s ma r t   g r i d.   I n   [ 1 9 ] ,   a   n u m be r   of  t he  i s s ue s  a nd  cha l l e nge s  a ssoc i a t ed  w i t h   sm ar t   gr id  w e r e  pr esen ted  a l on gs i d e  t h e i r   so lu tio ns.   S e v e r a l   r e se ar c h er s  ha ve  s ugge s t e d   t ha t  t h e  u s e   of   a   l oa d  m a n a gem e nt   a p p l i c a t i o n  s y s t em   t ha t  is   ba se d  o n   s m a rt  g r i d  pr i v ac y  po l i cy  f or   e ner gy  m a na gem e nt  s er v i c e,   b e  e m plo y e d   w ith in  a n  en vir o n m ent  o f   e n er g y   m ana g e m e n t  se r v ice   [ 20] .   I n   o r d er   t o  e n ab le  r ob us tne ss  a nd   l oa d  bala nc i n g,   t h e   a ut h o r s   d ur i n g   stud y   [ 2 1 ]   p r o p o se d  t h e  use   of  c l o ud   c om put ing  a n d  da ta  c en ter s .           3.   CAS E  S T UD Y    Th e   c a s e  st u dy  u s ed   i n   t h i s   s tu dy   i s   a   c i ty   w i t h   an   a nn ua l  l o ad   c ur ve  t h a t  i s   p r e se nte d   i n  F i g u r e   1 ,   a nd a  day  l o a d   c ur ve  i n  F i g u r e  2 [ 2 2 ] .   T he  a n nua l  cur v e   is a   r e pr esenta tio n  of  a n  i n ade q ua t e  p ow e r  ge n er a t i o n   f r o m  t h e  m ont h  of   M a y   t o  S e pt e m be r ;   h e r e,   t he   r e d uct i on   o f  the   p o w e r   de m a nd  bel o w   t h e   va l u e s   i n   the   c u r v e   is  r e q ui r e d.   S ome   coun tr ie s  i n cr ease   the   c o st  o f  K W - H   u ni t   w i t h   t he  a im   o f  r e duc i n g   the  l o ad  [ 16] .   F o r   i n s t a n c e ,   i n  c o u n t r i e s   l i k e   I r a q ,  t h e  l o a d   i s  d e c r e a s e d  b y   s h u t ti ng  d o w n   t h e   s u p p l y  in  s ome   ci tie s,   b u t   t his   str a t e gy  has  a n   a dve r s e  eff e c t   on  the   q u a l i t y   of  l ife  [ 2 3] .   A   S imilar   pr oce dur e  is  u se d  t h r o ug h  t h e  d a y  l o a d   pe ak.   H o w e ve r ,   i n  the   pr o p o s ed  s yste m,   a   n o v e l   s tr ate g y  i s   p r e s en te d  as   s ee n  in  t he  f l o w c har t   c o n t a i ned  in   F i g u r e   3 ,   i n  w h i c h,   t he   h o u se  a pp l i a n c e s  ar e   di v i de d  i n t o   t h r ee   d i f f e r e n t  l ev e l s   ac c o rd i n g   t o  p ri o r iti es   [ 2 4 ,  2 5 ] .          F i gur e  1.   A nnu al  l oa d  cur v e       Fi g u re  2 .  A  d a y   l o a d   cu rv e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       A  sm art   ene r gy  cons um p t i o n m a n ager  base d   on pro t ues sim u l a t i o n  ( M oh a m m e d  Abd u lh u ssei n  M oham m e d)  14 5     F i gure  3.  F low c ha rt for  t he pr o p o se d softw a r e       4.   SY S T E M   H ARDWARE CI RCUITRY     The   A T m e ga 3 2   m icroc o ntro l l er is   t h e ma jor   par t  o f th e   pr opos e d   des i gn, and  it i s  res po n s ible   f or   t he   ma nage me nt  o f  eve r y  pe r i p h e r al  by  me ans   of  t h e   d i ffe re nt   k i nds   of   c ommu n i c a t i on   p rot o col s .  Fi gu re   4 ,  show s  t h at   c o m m unica ti o n   t ake s   p lac e   be tw een  t he  m icr o c o n t r o l l e r  a n d  G S M   m ode m   thro ug h  RS 23 2  (TX   and  RX )  @9 6 00  bp s.  T hi s  o c curs  w hi le  t h e   m icroc o n t r o lle r  is  i n  c o mm un ica t i o n  w i th  a   r e a l  time   co n t ro ll e r   (RTC)   a nd  t h e   ex terna l   R A M   t hrou g h   I nn e r-inte g ra te d  p r o t oc ol  ( I 2C).  I t   i s   a l s o  ma nag e d  b y   a   4 x4  ma t r i x   k e y p a d  t h r o u g h  8  p i n s ,  a n d  d r i v e s   t h e   L C D   d i s p l a y   i n  4  b i t s   m o d e .   A n  8-A D C  is  posse ssed  b y   t he  mic r oco n tro l le r,  there by  be i n g  a ble   t o  me a s u re t he r eal  tim e A C  c urr e nt s o as t o r ead  t he  C urre nt   T ra n s forme r   (CT) co n d i t i oni ng  si g n a l .     4.1.   AT m e ga3 2   Mic r o co ntrol l er  The   mic r oc on t r ol l e r  (A T m e g a32)  w h i ch  i s  use d   i n  th is  s tud y ,   p o s s e s s e s   a l l   t h e   p e r i p h e r a l  a t tr ib u t e s   w h ic h  a r e  nee d e d   b y  de si g n .  S o m e   o f  the  attr ibu t e s   i n c l ude   c om p ar e  m ode,   one  1 6-b i t   T i m e r / C o u n t er  w i t h   separ a te  p re sc aler ,  re al  tim e  co un ter   ha v i ng   a   s e p ara t e   osc illa t o r ,  c a p t u r e  m o d e ,  8 - c h a n n e l ,   f o u r  P W M   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I S S N: 2 0 8 8 - 86 94    I nt  J   P o w   E l e c   &   D r i   S yst   V o l.   11,   N o.   1 ,   Mar   202 0  :    143  –  15 0  14 6 c h an ne ls,  1 0 -b it   ADC,  pro g r a m m a b l e   s eria l  US ART,  b yt e-or i e n t e d   t w o - wi re   s eri a l   i n t e rf ac e ,   m ast e r/ sl ave  S P I   se r i al  i n t er fac e   a nd   a   w at c hdo g  time r   t h a t  is  p r o gr am mable   an d  ha vi n g   a   s e p ar ate   o n - chi p   o sci lla t o r .   T he   c o n n ec ti o n   b e t w een  t he  p er ip he rals  a n d   t he  m ic roco ntro l l e r   i s  p r e sente d   i n  F i g u r e   5   w hi le  t he  c o n f i gur a tio ns  of   t he  s i gna l  li ne  a r e   s how n  in  T ab le  1 .       Table  1 .  S i gnal   Li ne   C on f i g u r a ti o n s   U s ed  Lab els  P i n   N o .  Des c rip t i ons  RS T  9   Con n ect ed t o p u s h  b u t to n   t o  res et t he s y s te m .   X 1 -X 2   13-12 C rys t al (20MHz ) CT  4 0  Curren t   T ransf o rm er  C on diti on e r   s i gnal  1-4   A- D   33 -3 6  18 -2 1  4x 4  Keyp ad  D4 -D7 ,  RS , M O SI  1 -6   L CD  S creen ,  M O SI as   E N  s i g na l   SCL  SDA   22   23   I 2 C seri al cl o ck  I 2 C seri al d ata   Fo r  ex ternal R AM & R TC   High   Me dium   Lo w   24   25   26   Hi gh   p ri ori t y  relay   enab les  M e di um  p rio r it y   rel a y  en ables  Lo w p r io rit y  relay en a bl es  RX   TX   14   15   RS 23 2 recei ved   dat a   RS 23 2 t r ans m it ted  data  Fo r  G S M  Mo de m  MOSI , MI S O , S CK  6 ,7 ,8   F o r   p ro grammin g  pu r p o ses IC SP 1         4. 2.   L oad   m an ag e r   Thr o ug h  t h r e e  laye r s ,   t h e   fa ci lit y  is  s up p l i e d   w ith  t he  m ai n   po w e r .   T he  l o a d  is  c on tr o l le d  b y   t hr e e   r e lays de p en d i ng o n  t he  v ari o us le v e l s  o f  pr i or ities.     4. 3.   Re a l  ti m e co ntro l l e r   (RT C )   I t   i s  the   r e sp on si bil i t y   t o  ma n a ge  t he  t i m e  o v er   t he  d a y   a n d   d a te   o ver   the   ye ar .   The   R T C,   w hic h   w as   u s ed   i s  t h e  R T C   (DS1 3 0 7 )   t hat   po s s es se s   a   seri a l   r ea l - ti me  c l o c k  ( R T C )   w ith  l ow   pow e r ,   full  b i nar y - c ode d   de cima l  ( BCD )   c l ock / ca len d a r   plus  56  b y t e s   o f  N V   S R AM.   Wi th  t h i s,  t h e   t ra n s f e r  o f   d at a  i s   d on e  se ri al l y   thr o u g h   a n  I 2 C   bid i r e ct iona l   b u s.             F i gur e  4.   S ystem   Bloc k  D i a g r a m      F i gur e  5.   M ic r o co n t r o ll e r   P in s  Conne c t io ns      The  kin d   o f   i nf or m a ti on   p r o v i ded   by   t he   c l o c k /c a l e nda r   inc l ude s   i nfo r ma t i o n   on  ho u r s ,   s eco nd ,   m i nu t e s,   d ay,   da te,   m ont h   a nd  ye ar ,   pr ov i d es  s e c o n d s,   m inu t es,   h our s,   d a y ,   dat e ,   m o n t h,   a n d   y ea r   in f o r m atio n.   I n   t h e  c a se  o f  m o n t hs  w i t h   l ess   t h an   3 1  da ys,   an  a ut om at ic  a dj us t m en t  is  m ade   t o   t he  e n d   o f  t h e   m ont h  da te,   in clu d i n g   c or r e c tio ns  f or   l ea p  y e a r .   The  for m at  u se d  b y   t he  c loc k   i s  e i t h er ,   the  24- h our   o r   12- ho ur   f or ma t .   T he   D S 1 3 0 7   i s  c a pab l e   o f  det ec t i n g  pow er  fa i l u r e   a nd   a ut o m a t i c ally   s wit c hin g   t o  b a cku p   s u ppl y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       A  sm art   ene r gy  cons um p t i o n m a n ager  base d   on pro t ues sim u l a t i o n  ( M oh a m m e d  Abd u lh u ssei n  M oham m e d)  14 7 thr o u g h   i ts   b u ilt- in   p ow er -sense  c i r cu i t .   The   oper a ti on  of  t i m e -ke e pi ng   r em ains  w hi l e   t h e   p art   o p er ates   f r o m  the ba c k up s u p p l y .        4.4.   Ex te rna l  RA M    Ba s e d   on  t h e  des i gn,   t he   l oa d  i s   a   m at t e r  o f   t im e  Lo ad  ( n T ),  w her e   n   d e n o t e s   t he  num ber   of  t h e   sam p l e   p er  a nn um   a nd  T  repr esen ts  t he   t im e   inte rva l   b e t w e e n   s a m ple s .   The   desi gn  o f   t he   s yst e m   a llow s   it  to  save  a s  sam p l e   h o u rl y  thr oug ho u t   t he  y ea r,   t he ref o re  m aki ng  n = 3 6 5x  2 4   =   8 7 60  a n d  T =   1   h our  “ it  co u l d  be   mor e  or  less as   a   m atter of  accura cy”. The  f orm a t  in whi ch  a l l   t h e  sampl e s  wi ll  b e sav e d i s  “XX.   X X”  A . Th i s  form at  s a v e d   i n  t w o   b y te s w h ich  ma ke  t he  R A M  > 17 5 20  B y t e s or  e qual  t o   32K B.    Th e  u s e  of   2 4FC 5 12  wa s  emp l oy ed   b y   t h e   sy st e m   b e cau se   i t   h a s  go o d   c ha rac t eris ti c s   s uc h   as    l o w   pow er   C M O S   te ch no log y ,   a   sin g l e   su pp l y   w ith  oper a tio n  d o w n   t o  1 . 7 v,  2 -W ire  S e rial  I nterface,  I2C ™   com p at i b l e ,  all o w s   f low   fo r   up  to  e ig ht  d e v ice s ,  10 0  kH z   a nd  40 0  kH z  Cloc k  C o m p atib il i t y,   a nd  S c hm itt   t r ig g e r i nput s  s u p p r e ss no i s e .     4.5.   Di spl ay  To  d isp l a y  the  a l l ow e d  l oa d a nd i n s t a n t   l o ad,   an L CD  d isp l a y  (2 x1 6) chara cter s w e r e  use d. The L CD   con n ec tio n as w e l l   as the  tw o  r ow s of d i s p l a y i n g da t a  is sh ow n  inF i g u r e  6 .   I n  the first  ro w  th e  l oa d de m a nd in   am pere  ( ID)  is  d isp l a y e d , w hil e   t he se c o nd r o w   is a  d ispla y   o f  t h e ma x i mum al l o wed   cu rre n t  a t   thi s  mo m en t .           F i gur e 6.  LCD  S cre e n (2x1 6 c h a r ac ters)      4.6.   Transformer less  Power  Supp l y   Th e  po we r  su pp ly   w h i c h   a dop t e d  by   t h e   d esig n  i s   t h a t   requ i r es   n o  t r ans f orm e r  t h a t   m a k es  u se   o f  a   para l l e l   RC  fo r  the   reduc tio n  o f   t he   v o l ta ge   t hro u g h   1 A   fuse.   S ubse que n t   t o  th is  s ta ge  i s  the  pro c ess  of  rec t i f i c a t io n us i n g  bri d ge,  and   after w ards  r egula t e d   a t 5 vdc .     4.7.   Cu rrent tr ansfor mer  and c o ndit i on i n g   A s  s e e n   i n  F i g  ( 7 ,  t h e  a l t e r n a t i n g   e l e c t r i c   c u r r e n t s  a r e  m e a s u r e d  u s i n g  t h e  c u r r e n t   t r a n s f o r m e r  ( C T ) .   Cur r ent  tran sfo r mers,  toget h er   w i t h  vo l t a g e  ( o r   po te nt ia l)  t ra n sf orm e rs  ( VT   o r   P T ),   a r e   know n  as  i n s tr um ent   trans f or me rs.  In  a n  i n sta n ce   w he reby   t he  c ircu it   c urre nt  i s  e x t re me ly   h ig h  for   d i re ct   a pp lica t i o n  on   t he   in strum e n t s  of  m ea surem e nt,  a  re duced  c urr e nt  w hic h   i s  a c c ur ate ly  e qua l  to t he   c i r cu it  c u r r ent  is  p ro du ce d  b y   t h e   cu rre n t   t r an s f o r mer;   t hi s  ca n   b e   s u i t a bl y   con n ect ed   t o   th e   m e a s u r ing  a n d  re cordi ng  i n str u m e nts .   I n  a   curr ent  trans f o r m e r ,   t he  i ns trume n ts  o f  me a s urem ent  a r e  s e pa rat e d  f r o m   w h a t  m a y  t a g g e d   a s  e x t r e m e l y   h i g h   vo lta ge   i n   t h e   m onit o re d  c i r c ui t .   T he  u se  o f  curr en t  tra n sform e rs  i s  e m plo y e d   i n   pr ot e c t ive   rela ys   a n d   me terin g  in  the   ele c trica l   pow er  i nd ustr y.           F i g u r e   7 .   Current Transform er  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st V ol.  11,  N o.  1 , Ma r  202 0  :    143  –   15 0  14 8 I n   t he  p r o p o se d  system ,  a  C T   w it h  tra n s f e r   r a t io  o f  (10 0 - 1)  w as   u til ize d ,   so  t he   m a x i m um  o u t p u t   curr ent I out  w il l  be  1 A   if  t he  i n p u t  cur rent I in  equa l 1 00A  ba s e d  o n  t h e   (1) .      ∗    ∗   ( 1 )     I n   o r d er  t o  cha nge   t he   c urre n t   t o  vo l t a g e  a n d   sca l e   u p   t he  v a l u e   of  t he   c ur re nt,  the  CT  i s   term ina t ed  us i n g  a  3.3 Ω /1W  r e sis t or.   A t   t h i s  p o i n t ,   i t  is  s afe   a nd  t h e  ra t io   o f  c o n v ersi o n   v a l ue   i s  3.3V   t o  ea ch   1 0 0 A .   T he   resist or is be in g  para lle l e d b y   a   Ze ner  di o d e   5.1V  for  t he p u r p ose   o f   over  v o lta ge  pro te ct ion.     4.8.   L oad  Tab le  of   Prior i ties   In   a n  ev ent   wh e r eby   t h e  p r od u c e d   p o w er  i s   in ad eq u a t e ,  th e   l o ad  can   b e  m a na ge d  i f   t he  d i ffe re nt   leve ls  o f  pri o ri ty  a re   c o n s i de r e d  b y   t he  s yste m.  H er e ,   t he   d e m a nd  loa d   o f  the  s y ste m   i s  c h ec ke d  per i o d i ca l l y  t o   k n o w   i f   th e   al lo wed   l o ad   h a s   b ee n   ex ce e d ed ,  and   th en   t h e   a pp l i a n c e s  of  l ow   p rior i t y   a r e  shut  d ow n .   T he  syste m   c he cks  agai n  an d  if  t h e   l oa d  sti ll  e x c e e d s,  t he  a pp l i a n c es  o f  m e di u m   p riorit y  w i ll   b e   shu t   d ow n.   M o r e  so,  i f   t he   p r o d u ce d   p o w e r  is   i nc a p a b l e   o f  c o ve r i n g   t he   h i g h  pri orit y  l o ad,   an  a lar m   i s  ra i s ed  b y  th e   syst em   o r  an S MS  is  se n t   t o the   ho use o w ner to  m an ua l l y red u ce  the  l oad,  i f  no t ,   t h e sys t em  w i l l  s h ut d ow n in   t he ent i r e  ho use  for  t h r e e   m i nu tes,   a nd  a f terw a r ds,  turn   on  t h e  hi gh  pr ior ity  s o  a s   t o  c h ec k   a g a i n  an d  t h i s  proce dur e  w i l l   be  r e p ea t e d  thr i c e   a n d   t he n  s t op  u n ti l  t h e  prod uce d   p ow er  i s  a b le  t o  co ve r  the  dem a nd  l o ad.   In  t he  p ro pos e d   s y s t e m ,   t h e   d e m a n d  o f   t h e   h o u s e  o w n e r  i s   m e m o r i z e d   b y  t h e  s y s t e m,   a nd  t h en  it  tur n s  o n   o t h er   d e v ices  w hen   pow er   i s  a v a ila bl e .   E ve n  t h o u g h ,  the   le ve l s   o f  pr ior ity   c a n   b e   de ter m ine d   b y  t h e  user ,  t h e  Ta ble   2   sho w s  t h e   di ffe re nt le v e l s   of pr i or i t y.        Ta ble   2.  L ist   o f  Loa d P r iori ti es  Priority  L e v e l   A pplia n c e s   Hi gh  L e ve l   Se c u rity Sy s tem, Sm o k e  a l a r m   Em e r g e nc y   l i ght  a nd  a ll  th e   o t he r  im por ta nt   ap p l i a n ces   Me diu m  Le v e l   A i r   c onditioning  s y st e m  Re f rige r a tors  W a t e r   h e a t er ,   et c .   L o w  l e v e l  It  c oul d  be   a ny  a pplia n c e   t h a t   not  a ffec t e d   by  losing   powe r .      5.   RESULT   AND  DI SC USSI ON  Th e  u s e   of   P ro t u es   so ftw a re  w as  u sed  i n   t h e   s ys tem   simu l a ti o n ;  al l  t h e   c o m p o n e n t s   t h a t   w er e  use d   w e r e   s i m ulate d   i nc l udi ng  t h e   micr oco n tro lle r.  T he  s imula t e d   c i r cu it   w as   d i v i d ed   i n t o   v a ri ou s  are a s  as  s e e n   in  F i gure   1 8.  K e ypa d  w h ic h  is  o p t io na l  w a s  o n l y   p l u gge d  in   duri n g  t h e  ph as e   of  i ni tia liz a t i o n.   I n  F i g u r e   9   t h e   tw o-la yer   syste m   p rinte d  c ircu it b o ar d (P C B )  i s   p resen t e d .   The   pro pose d   s y s te m  i s   c ost ef fec tive .   The   a m ou n t   s p e nt  on  a l l   t h e  c o m p o n e n ts  o f  the   sys t em   i s  gi ve n  i n  Ta b l e   3.   T he   c ost  o f   t h e   p r o to ty pe   i s  ≈  5 2   U S D ,   w h i c h  c a n  b e   l e s s e r   w h e n  p u r c h a s e d  i n   l a r g e   q u a n t i t y   f or  m a s s  prod uc ti on.  T h e   c os t  for   t h e   P CB  a n d  ins t al lat i on  of   c om pone n t s  is   ≈ 3 8   U S D .  Ther efor e ,   t he   t o t a l   c os t  is   ≈ 90   U S D .  A l t h o u gh,  t he  u se  o f  the  ke ypa d  a n d  G S M  m ode m   is  opt io na l,  t he y  c o st  ≈ 35  U S D .   L astly ,  t h e  pl ot t i n g   o f  the   P C B  is  d o n e   i n  3D   mode   a s  pr ese n te d  i n   F igur e   1 0 ,  w h ic h  i s   d epe n de n t   o n  minimum   s i z e.   I n   sum m a r y,  t he   p ro p o se d  s y stem  requ ire s   n o  s m a r t  grid   c om m unica t i on,  i t   is   p orta ble,   c os t  ef fi cie n t,  easy  t o   i ns ta l l ,   li ghtw e i g h t   a nd  ea s y   deve l opm en t   b e c a use  it  is  b a s e d   o n  a n   i nte g rate d  c i rcu i t   tha t   i s   pr ogra m m a ble  (M CU ),  G S M   b ase d   a nd   dy nam i c   da t a  a bou t  po w e r  av aila b i lit y.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J  P o w   Elec  &  D r i   S y st   I S S N :  2088- 86 94       A sm art e n er gy   cons um p t i o n m anage r b a se d  on  pro t ue s sim u la ti o n  ( M oh am m e d Abd u l h u s sei n  Mo ham m e d)   14 9     F i gur e   1.   S yste m  har d w a r e   c irc u itr y       Table  3 .  B i ll o f   M a t eria ls   QT Y   R e f e r e n c es   V al u e   7  C 1 - C 2,C 3 ,   C 4 ,   C 5 ,C 6,  C 7  22p, 10 uF, 0 . 1uF   1uF, 2u2, 4 70u   17   R 2,R 10- R 11,   R 4 R6,   R 7-R 9 ,R 12,  R 1 3 -R 16   R 1 7 ,  R 18,  R 19  4. 7k, 470R ,   100k , 3 30R ,  470k,   100R ,   3R 3  1  U 1   D S1307   1  U 2   24F C 512   1   U4   A TM EG A3 2   1  U 5   T I  T L V 1117-50   3  Q 1 - Q 3   BC 547  4  D 1 -D3,   D 4  1N4148,   1 N 4 7 33A   1  B A T 1   3 V   1  BR 1   2 W 04G   1   FU SE   1 A  3  H i gh,   l ow ,m e d i u m  G 2 R - 14-AC 120  R e l a y  1  I C SP   C ONN-SIL6  2  J1,   J 2  T B L O C K -I 3, I2   1  L C D 1   L M016 L   1  R S T  Mi c r o  sw itc h  2  X 1 ,   X 2   20  MH z ,   32. 768 K H z         F i gur e  9.   S ystem   P C B  c i r c u i t     F i gur e  1 0 .   S yst e m  3D  c ir cui t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st V ol.  11,  N o.  1 , Ma r  202 0  :    143  –   15 0  15 0 REFE RENCES   [1]   F r an çoi s   N gu yen  and  Ulri k  S t rid b aek ,   “ T ack ling  Inves t m e nt   C h a l l en ges   in   P o w er  G en erat io n”,  In   IEA  Count r ies,  Ener gy  M a r ket  E x peri ence. Inte r n a t i o n a l Ener g y  Agen cy  ( I EA) ,   Head   o f   Pu blicatio ns  S erv i ce,   2007.   [2]   Ali   A.   A bd ulraz zaq ,   Ad nan  H .   A li,  " P e rf orm a n ce  Inv e st ig atio n  o f   G rid   C o n n e c t e d   P ho to vo lta i c   Syste m   M od e lli ng  Ba s e d  on  M A TL AB  S i m u l atio n " ,   In ter nat io nal Jo ur na l o f  Elect rica l  and  Com p u t er  En gi neeri n g  ( I J E CE) ,  Vol .   8   No.   6 ,   2 0 18.  [3]   Ahm e d   J.   A bid,   F aw zi  M .   Al -Na i m a ,   an d  Ad nan   H .   A li,  " Com p reh e ns i v e  Model i n g   o f  PV  A rray  b a s e d  on  P roteus   Softw a re”,  In t e r n at iona l Journal of Ap p lie d Eng i n e e r in g Re se a r c h ,   V o l u m e  1 3 ,  Num b er,   pp.   4 44 0 - 4 447 ,   2 01 8.  [4]   Ali   A.  A bd u l razzaq,  A dnan   H.  A li,  " Effici ency   P erf o rm a n ces  o f   T w o  M P P T   A l g o r i t h m s  f o r  P V   S y s t e m   W i t h   Di ff erent  Solar  Panels   Irradiances " ,   Int e rn at ion a l  Jo urn a l  of  Power  E l ectr onics  a n d  Dr ive S y st em   ( I JPEDS) ,   V ol.   9,   No.   4 , Decem ber 2 0 1 8 ,  pp .   17 55~1 7 6 4 .  [5]   Hus s ei n   A .   M oha m m e d ,   A d n an  H .  A li,  " E ffect   o f   s o m e   S ecuri ty  M ec hani sm s   on  t h e  Qos  V o I P   A pplicat ion  u s ing   OPN E T",  In ternat io nal Jo ur nal  o f  Curren t   Engin eeri ng  an d  T echn o l o g y , Vo l. 3, No. 5, D ecem ber, 2 01 3.  [6]   Hu  Z hao g u a ng ,  Han   Xi ny a n g,   a nd   W en  Q uan ,   " Th e  Im plem en ters   o f   D emand-S i de  M anag em ent:   P ow er  G ri d  Ent e rprises, "   i n   Int e gr ated   Resour ce Str a t e gi c  P l a nning  an d   Po wer Dem and -S i d e  M a n a g emen t :  Sp rin g er  B erli n  Heid elb e rg,   2 013,   pp.   2 1 9 -2 86.   [7]   Ky e - Si  K won ,   W oo k- B.   K i m ,  By un g- K.  M in ,   Sun g - J .  Pa rk ,  In -Ha   Su n g,   Y oung  S .   Y oo n,   K yu n g -S o o   L ee,   J o n g - H.   Lee,   " E n erg y   c o n s um pti on  redu cti o n   t echn o lo gy   i n  m a nuf acturi n g   —  A  sel ecti v e  review   o f   p o licies,  s t a nd ards,   and  research, "   In tern at io nal Jo urn a l  of   Pr ecision   E ngi neer ing  and  M a n u f a ct uri n g ,   v o l.   1 0 ,   n o .   5 ,   p p .   1 5 1 - 173,   Decem ber 2 0 0 9 .  [8]   Ka i  Ma ,  Gu oq ia ng   H u,  a nd   C . J .  S p a n os,  " D istrib ute d   E ne rg y   Co n s u m p ti on   C ontrol  via  Real-Tim e  P r ici n g   F eedb ack   in  Smart Gr i d , "   I E E E   Tran sa c t io ns Con t ro l Sy s t e ms T e c h n o log y ,  vo l .  22 ,   n o . 5 , p p . 1 90 7-1 9 1 4 , Se p t .  20 1 4 .   [9]   F .   A l - N a i m a ,  R .   A l i ,   a n d  A .   A b i d ,   " D e s i g n   o f  a  c o n t r o l   a n d  d a t a   acqu i s i t i on   s y s te m   f o r  a  m u lti - mod e   s ol ar  t rack in g  farm, "  i n   Eu ro pe a n  Wo rk sho p  o n   Re ne wa ble  En e r gy  Sy ste m s,   A n t a l ya,  T u rk ey, 20 1 2.  [10]   F.  A l-Na ima,  R .   Ali,  A .   Abi d ,  Z.  G h a s s e m l o o y  ,  a n d   Z .   G a o ,   " A   N ew   P o w er  L i n e  Com m unicat io n   M odem   Design  wit h   A ppli cati o n s  t o V a s t  S o l ar  F arm  Man a gem e n t ," in   EP E C S   2013 , Istan bu l, 20 1 3.  [11]   M. N .   U l l ah ,  N .   J av aid,   I .  Kh an,  A.   M ah mo od,  a nd  M . U .   F aro o q ,   " R esi d en tia l   Energ y   C on sump ti on   C ontrolling  Techn i q u es  t o  En abl e   A uto nom ous   D em a n d  S i d e   M anagem en t  in  F u t ur e  Sm art  Gri d   C o m m uni cati o n s ,"  i n  Bro a d b a nd  a n d  Wir e less  Com putin g ,  Co mm uni c a t i o n   an d A p p l ic a t i ons ( B W CCA ),   C om piègn e ,   F r ench ,   28 -3 0  O c t.   201 3,   p p .   5 4 5 -550 .   [12]   Mo han n ad   J .  Mnat i,  A dnan   H .   A li,   Dimi tar  V .   B o zalak ov ,  Sh ahad   A l-y o u s if ,  Alex   V an  d en  B os sch e ,  " D esi gn  an d  Imp l e m en tati on  of  a   G at e  Driv er  C ircuit  f o r  Three-P h ase  Gri d   T i de  P ho tovolt a i c  Inverter  A pplication",  7t h   Inter n a t i onal  Co nf eren ce on  Renewabl e En erg y   Res e ar c h  a nd Ap pli c a t io n s   ( I CRERA) ,   Par i s, 1 4- 1 7  Oct. 2 01 8 .   [13]   Pa rk  N amje  a nd  K im  M arie,  "Imple me nta tio n  o f   l o a d  m a na g e me n t   a p pl ication  sy st em  u s i n g   s mart   g rid   p r iv acy  pol icy   in  e nerg y  m a n a gem e nt   s erv i ce  en vi ronm ent, "  Cl uster Comput in g , vo l . 17 ,   n o. 3 , p p.  65 3 - 66 4, Sep . 2 01 4.   [14]   Adn a n  H.   A li,   A li   N .   Ab bas ,   M .   H .   H ass a n, "   P e rf orm a nce  Ev alu a ti o n   o f  IEEE8 02. 11 g  W L ANs   Using   O PNET  Model e r" ,   ( AJE R )  Volum e -02,   I ss ue-1 2,   p p-0 9 -15.   [15]   F a n   Ch un -I,   H u a n g   S h i -Y uan,   a n d   A rtan   W il liam,   "Des ign  an d  im pl e m ent a ti o n   o f  pri v acy  p res e rvi ng  bill in g   prot oco l  f o r   s m a rt   g ri d, "  T h e Journa l  of Su perco m p u ting ,  v o l.   66,  n o.   2 ,   pp .   84 1-862,   N o v e m ber  2 0 1 3 .   [16]   AJ  A b i d ,   A H   A li ,   " S m a rt   m o n i t o r in g  of  t he  c o n s u m p tio n  of  h o m e  e l ectrical   e nerg y " ,  Int e rn ati o n a l  Jour na l o f   Comp ut er  T r ends a nd T echno l. ,  v o l. 4 7,  n o.  2,   pp .  1 4 2 – 1 4 8 ,   ,   20 1 7 .   [17]   Adn a n  H .   A li ,   2 0 11 ,   “ S im ult a neo u s  meas urem ent s   f o r   t u n ab le  l a s e r  s o u r ce   l i n ewi d t h   w it h  h o m odyn e  det ecti on"  -   Comp ut er a nd Inf o r m a tio n S c ie n c e , Vol .   4 ,   N o .   4 ;  July  2 01 1.   [18]   MJ   M nati,  A   H asan,   A d n a n  H.   A li,  D V   Bozalak ov ,  " D esig n  an d  Im pl ementation  A  Smar t  Moni t o r i ng  and  Cont rolli ng  Sy stem   o f   Th ree-P h as e   Ph ot ov oltaic  I n v ert e r  Bas e d   o n  Lo Ra"   -   I O P Con f er ence Ser i es : M a t e rial s  Scien ce an d E ngin eerin g 5 18   ,   2 n d In tern a t io nal  Co nf erence o n   Sus tain abl e  E n g i n eer in g T ech niq u es  2 01 9.   [19]   Gabri e le  L ,  S a lv a t ore  C  an d  Erica  L  “ A   R ev iew   of   s y s t e m s   a nd  te ch nol og ies  f o r  s m art   h o m e s  and   s m art   g r id s”   Ener gi es   9   pp  1 - 33,   2 0 1 6 .   [20]   Adn a n  H .   A l i ,   F a rh oo d,   A . D .   “ D esi gn  an d  P e rf orman ce  Anal ys is  o f   t h e   W DM   S ch em es  f or  R ad io   over  F i ber  Syst e m   w ith  D iff e rent Fib er Pro pagati on Losses”,  Fibe r s ,   vol,  7,  19,   2 0 19.  [21]   Gio v an ni  P ,   M a rio   C,  A nt onio   R and   Ji ahu   Q,   " Hom e   e n e rgy  m a nage me nt" ,   En ergies ,  vo l,   10, (38 2 ),   201 7.   [22]   F a ri d  K ,   M oha m e d   B,  Y assin e   A   a nd   A b d elazi z  K  “ I nt egrated   energ y  m a nag e m e n t   o f  a  p l ug -in   elect ri c  veh i cle  i n   resid e nt ia l   d i strib u t i o n   s yst e ms   w it h  renew a bl e s ” ,  IEE E  24 t h  Int e rn ation a l   S y mp os ium  on Ind u s t rial El ectro n i cs  (ISIE ),   pp  71 7-22,   2 01 5.  [23]   M .  M .   K a r e e m ,   M .  I s m a i l ,  N .   A r s a d ,  M .   F .  M a n s o r ,  a n d  A .   H .   A l i ,   ‘ G r id   B as ed  C lu s t erin g  Tech ni que  i n  Wi reless  S e n s o r   N etw o rk   u si ng   H ierarch i cal  R o u ti ng  P r oto c ol ’,   i n  201 8 IE EE 4 t h In ter natio n a l Sym p o s i u m o n   T e l ecom m un ica t i o n  T echno lo gi e s  ( I S TT) ,   p p .   1– 5 , 2 01 8.   [24]   Kaur,   K . ;  Kau r ,  K .   A   s tu dy  o f   pow er  m anagem en t  t echn i qu es  f or  I nt ernet  o f   T h i ngs   (IoT ) .   In  Proceedi n g s  o f   t h e  Inter n a t i onal Co nf e r ence o n  El ectr i ca l ,  El ectr o n i cs,   a n d  Optim i zat i o n   T echn i q u es  ( I CEEOT) ,  Che n na i,  I n d ia ,  3– 5;   pp.   1 7 8 1 –17 85 , M arch  2 0 16.   [25]   Z h a n g ,   D . ;  L i ,  S . ;  S u n ,   M . ;   O ’ N e i l l ,  Z .   A n   O p t i m a l   a n d   L e a r n i n g -Bas e d   D em and   Res p o n s e   a n d   H o m e  E n erg y   Man a gem e nt   S ystem.   I E EE  Tran s. S m ar t Grid , 7 , 1 79 0– 1 8 0 1 , 20 1 6.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.