CN114465561B - 基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制方法与系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及供电电路系统技术领域，提供了一种基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制方法与系统，该系统中，调节装置包括：驱动单元和执行单元，执行单元的一端与底座铰接，另一端与支架铰接；驱动单元用于驱动执行单元伸缩移动；智能测控装置中，单片机分别电性连接驱动单元、光传感器、光伏输出功率监测模块和智能切换供电模块；光传感器采集光伏板受到的太阳光入射角度，光伏输出功率监测模块对预设时间段内光伏板的输出功率进行监测；单片机根据太阳光入射角度对执行单元进行调节；以及，根据光伏输出功率监测模块监测到的光伏板的输出功率确定不同的供电线路组合；智能切换供电模块根据单片机确定的供电线路组合进行供电线路切换。

Description

基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制方法与系统

技术领域

本申请涉及光伏技术领域，特别涉及一种基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制方法与系统。

背景技术

近年来，全球极端气候事件频发，气候变化已成为人类生存和发展面临的最大的非传统安全挑战。我国始终高度重视应对气候变化工作，并提出构建以新能源为主体的新型电力系统。而太阳能是一种洁净、安全的可再生资源，发展潜力最大，被认为是21世纪化石能源的最佳替代者之一，但其系统集成效率低、分布式特点显著成为影响其发展的关键。建立具备微电网、分布式、智能化、自适应特点的光伏系统是碳达峰、碳中和背景下新型电力体系构建的重要选择。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本申请的目的在于提供一种基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制系统与方法，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

本申请提供了一种基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制系统，包括：底座、调节装置、光伏板和智能测控装置，所述调节装置包括：驱动单元和执行单元，所述执行单元的一端与所述底座铰接，另一端与一支架铰接，所述支架上安装所述光伏板；所述驱动单元用于驱动所述执行单元伸缩移动，以对所述光伏板的角度和高度进行调节；所述智能测控装置包括：单片机、光传感器、辐照度计、光伏输出功率监测模块和智能切换供电模块；所述单片机分别电性连接所述驱动单元、所述光传感器、所述辐照度计、所述光伏输出功率监测模块和所述智能切换供电模块；所述光传感器采集所述光伏板受到的太阳光入射角度，所述光伏输出功率监测模块对预设时间段内所述光伏板的输出功率进行监测；所述单片机根据所述太阳光入射角度对所述执行单元进行调节，以使所述光伏板正对太阳光入射；以及，基于所述水平辐照度确定所述光伏板的输出功率，并根据所述光伏输出功率监测模块监测到的所述光伏板的输出功率确定不同的供电线路组合；所述智能切换供电模块用于根据所述单片机确定的供电线路组合进行供电线路切换。

优选的，所述调节装置还包括：可编程电机控制器和电机驱动器；所述可编程电机控制器与所述单片机电性连接，用于接收分时调控指令，其中，所述分时调控指令由所述单片机根据所述太阳光入射角度和所述执行单元的实时伸缩位置确定；所述电机驱动器与所述可编程逻辑控制器电性连接，用于根据所述分时调控指令驱动所述驱动单元的电机动作，使所述驱动单元向所述执行单元提供动力，以对所述光伏板的角度和高度进行调节。

优选的，所述基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制系统还包括：定时模块，与所述单片机电性连接，使所述单片机在预设时间内根据所述光伏板的输出功率确定不同的供电线路组合。

优选的，所述基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制系统还包括：复位模块，与所述单片机电性连接，用于执行手动复位指令，以使所述调节装置、所述光伏板和所述智能测控装置恢复初始设定。

优选的，所述基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制系统还包括：压力传感器，与所述单片机电性连接，用于监测所述光伏板的环境风压并发送至所述单片机，以由所述单片机确定所述环境风压大于预设风压阈值，发出自动复位指令。

优选的，所述执行单元为沿所述底座的周向并列均布的三个液压升降杆，所述液压升降杆的两端分别与所述底座、所述支架万向铰接。

本申请实施例还提供一种基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制方法，采用上述任一实施例所述的基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制系统对所述屋顶光伏电网进行智能控制，包括：根据采集到的光伏板受到的太阳光入射角度，确定所述光伏板的调节参数，以使所述光伏板正对太阳光入射进行光伏发电；其中，所述调节参数包括：调节角度和调节高度；响应于所述光伏板的光伏发电的输出功率达到预设阈值，基于0-1整数规划方法，根据所述光伏板的输出功率确定供电线路组合。

优选的，所述根据采集到的光伏板受到的太阳光入射角度，确定所述光伏板的调节参数，以使所述光伏板正对太阳光入射进行光伏发电，具体为：根据带动所述光伏板运动的执行单元的实时伸缩位置和所述光伏板受到的太阳光入射角度，确定所述光伏板的调节参数，以使所述光伏板正对太阳光入射进行光伏发电。

优选的，所述响应于所述光伏板的光伏发电的输出功率达到预设阈值，基于0-1整数规划方法，根据所述光伏板的输出功率确定供电线路组合，具体为：响应于所述光伏板的光伏发电的输出功率达到预设阈值，基于0-1整数规划方法，根据所述光伏板的输出功率，按照预设时间间隔，确定所述供电线路组合。

优选的，在所述响应于所述光伏板的光伏发电的输出功率达到预设阈值，基于0-1整数规划方法，根据所述光伏板的输出功率确定供电线路组合中，按照公式：

确定所述供电线路组合；

其中，x_i＝0,1；

式中，x_i表示第i条供电线路，i＝1,2,…,n；n为正整数，表示供电线路的总数；x_i＝0,1，x_i＝1表示第i条供电线路处于闭合状态，所述光伏板的输出功率供给该供电线路；x_i＝0表示第i条供电线路处于非闭合状态，所述光伏板的输出功率不供给该供电线路；c_i表示第i条供电线路的需求功率；b_i表示第i条供电线路的组合权重；A′表示所述光伏板的输出功率；Z₁为损失功率，表示所述光伏板的输出功率与所述供电线路组合的功率的差值；Z₂表示所述屋顶光伏电网对所述供电线路组合的支撑重要度。

有益效果：

本申请提供的技术方案中，调节装置由驱动单元和执行单元组成，执行单元的一端与底座铰接，另一端与支架铰接；驱动单元驱动执行单元伸缩移动，实现对光伏板的角度和高度进行调节，使光伏板能够正对太阳光，接受太阳光直射；智能测控装置包括：单片机、光传感器、辐照度计、光伏输出功率监测模块和智能切换供电模块，且单片机分别电性连接驱动单元、光传感器、辐照度计、光伏输出功率监测模块和智能切换供电模块；由光传感器对光伏板受到的太阳光入射角度进行实时采集并发送给单片机，由光伏输出功率监测模块对预设时间段内光伏板的输出功率进行监测并发送给单片机；单片机根据接收到的太阳光入射角度对执行单元进行调节，达到光伏板正对太阳光入射的目的。籍此，通过将执行单元的控制有效集中起来，建立统一的分时控制，自动处理光伏板的方向和高度，使屋顶光伏电网智能控制系统的集体性、协调性得到明显优化。

单片机根据光伏输出功率监测模块监测到的光伏板的输出功率确定不同的供电线路组合，由智能切换供电模块根据单片机确定的供电线路组合进行供电线路切换。籍此，对屋顶光伏电网的供电情况进行自动计算，优化供电线路，智能切换供电线路组合，有效提高屋顶光伏电网的自适应性、高可控性和安全性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。其中：

图1为根据本申请的一些实施例提供的一种基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制系统的结构示意图；

图2为根据本申请的一些实施例提供的一种基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制系统的逻辑框图；

图3为根据本申请实施例提供的执行单元的坐标示意图；

图4为根据本申请实施例提供的照射光伏板的入射光线的向量示意图；

图5为根据本申请实施例提供的评估指标k关于第u灰类的三角白化权函数的示意图；

图6为根据本申请的一些实施例提供的一种基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制方法的流程示意图。

附图标记说明：

101、底座；102、执行单元；103、光伏板；104、智能测控装置；105、液压系统；106、支架；

201、单片机；202A、光传感器；202B、定时模块；202C、光伏输出功率监测模块；202D、压力传感器；202E、辐照度计；203、复位模块；204、智能切换供电模块；205A、可编程电机控制器；205B、电机驱动器；205C、电机。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。各个示例通过本申请的解释的方式提供而非限制本申请。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本申请的范围或精神的情况下，可在本申请中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本申请包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本申请的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请而不是要求本申请必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。本申请中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

图1为根据本申请的一些实施例提供的一种基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制系统的结构示意图；图2为根据本申请的一些实施例提供的一种基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制系统的逻辑框图；如图1、图2所示，该基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制系统包括：底座101、调节装置、光伏板103和智能测控装置104。调节装置包括：驱动单元和执行单元102，执行单元102的一端与底座101铰接，另一端与一支架106铰接，支架106上安装光伏板103；驱动单元用于驱动执行单元102伸缩移动，以对光伏板103的角度和高度进行调节；智能测控装置104包括：单片机201、光传感器202A、辐照度计202E、光伏输出功率监测模块202C和智能切换供电模块203；单片机201分别电性连接驱动单元、光传感器202A、辐照度计202E、光伏输出功率监测模块202C和智能切换供电模块203；光传感器202A采集光伏板103受到的太阳光入射角度，光伏输出功率监测模块202C对预设时间段内光伏板103的输出功率进行监测；单片机201根据太阳光入射角度对执行单元102进行调节，以使光伏板103正对太阳光入射；以及，基于水平辐照度确定光伏板的输出功率，并根据光伏输出功率监测模块202C监测到的光伏板103的输出功率确定不同的供电线路组合；智能切换供电模块203用于根据单片机201确定的供电线路组合进行供电线路切换。

在本申请实施例中，执行单元102为沿底座101的轴向并列均布的三个液压升降杆，液压升降杆的两端分别与底座101、支架106万向铰接。其中，底座101为等边三角形结构，在底座101的三角形结构的三个顶点处分别通过万向铰接球与液压升降杆的下端铰接。执行单元102工作过程中，通过三个液压升降杆的不同伸缩长度，对其上端的光伏板103的角度、高度进行调整，使光伏板103能够正对太阳光入射角度，提高光伏板103的发电效率。

在本申请实施例中，光伏板103未工作时，处于最低位置，即三个液压升降杆都降低至最低位置；与光伏板103配套安装的还有测距传感器，比如，测距传感器其安装在光伏板103的下表面的支架106上，对光伏板103与屋顶之间的距离进行监测。

在开始工作时，测距传感器对光伏板103与屋顶之间的距离进行测量，此时，光伏板103距离屋顶较近，需要升高后再进行调整。具体的，三个液压升降杆与支架106的连接点分别为A、B、C(如图3、图4所示)，液压升降杆的长度为a，三个液压升降杆两两之间的间距为b，B、C两点的液压升降杆待调整的高度分别为h₁、h₂。首先，将A点的液压升降杆调整至

处(即初始状态：A点的液压升降杆伸出

)，以A点为坐标原点建立坐标系，则B、C两点的坐标分比为：

若B、C两点的液压升降杆伸缩调整后的坐标值z′₁、z′₂均小于

则将A点的液压升降杆继续伸出

重新计算B、C两点的液压升降杆的调整高度；若B、C两点的液压升降杆伸缩调整后的坐标值z′₁、z′₂均大于

则A点的液压升降杆缩回

重新计算B、C两点的液压升降杆的调整高度。在此，需要说明的是，B、C两点的液压升降杆伸缩调整后的坐标值z′₁、z′₂均为计算得到的坐标值。

图3为根据本申请实施例提供的执行单元的坐标示意图；图4为根据本申请实施例提供的照射光伏板的入射光线的向量示意图；由图3、图4可知，B、C两点的液压升降杆伸缩调整后的坐标值z′₁、z′₂(坐标值)根据公式(1)确定，公式(1)如下：

由公式(1)可得：

则，B、C两点的液压升降杆待调整的高度如下：

h₁＝z′₁-z₁，h₂＝z′₂-z₂

其中，

为入射光线，α为光伏板103的入射光线

与水平面的夹角；β为光伏板103的入射光线

在水平面上的投影与x轴的夹角，由光传感器202A测得。如图4所示，在以液压升降杆与支架106的连接点A点为原点的坐标系中，xoy平面与水平面平行，α为光伏板103的入射光线

与xoy平面的夹角，β为光伏板103的入射光线

在xoy平面上的投影与x轴的夹角。

在一些可选实施例中，调节装置还包括：可编程电机控制器205A和电机驱动器205B。可编程电机控制器205A与单片机201电性连接，用于接收分时调控指令，其中，分时调控指令由所述单片机201根据所述太阳光入射角度和所述执行单元102的实时伸缩位置确定；电机驱动器205B与可编程逻辑控制器电性连接，用于根据分时调控指令驱动驱动单元的电机205C(步进电机)动作，使驱动单元向执行单元102提供动力，以对光伏板103的角度和高度进行调节。

在本申请实施例中，单片机201基于上述公式(1)，根据光传感器202A采集到的光伏板103的太阳光入射角度，确定三个液压升降杆的伸缩位移，并转换为相应的电信号(分时调控指令)发送至可编程电机控制器205A，由可编程电机控制器205A根据分时调控指令控制相应的电机驱动器205B向对应的液压升降杆提供动力，实现光伏板103的角度和高度的调节。具体的，可编程电机控制器205A对3台步进电机205C进行分时控制，实现驱动相应的液压升降杆的动作。

在一些可选实施例中，该基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制系统还包括：定时模块202B。定时模块202B与单片机201电性连接，使单片机201在预设时间内根据光伏板103的输出功率确定不同的供电线路组合。比如，将单片机201的时钟模块作为定时模块202B，每隔15分钟，单片机201就根据光伏板103的输出功率计算一次供电线路组合，籍此，根据时间和用电量对供电进行合理分配，有效解决供电浪费、供电不足等情况，有效提高屋顶光伏电网的自适应性和灵活性。

在本申请实施例中，光伏板103的输出功率为光伏板103发电时实际转化的功率，即可用发电功率，在此，光伏板103的可用发电功率根据光伏板103的理论发电功率计算得到。在此，需要说明的是，光伏板103的可用发电功率、光伏板103的理论发电功率指的是屋顶光伏电网的可用发电功率、屋顶光伏电网的理论发电功率。

在此，需要说明的是，全网理论发电功率通过网内所有并网的屋顶光伏电网的理论发电功率获取，具体的，按照下述公式：

得到全网理论发电功率，即全部并网的屋顶光伏电网的理论发电功率；

其中，P_t表示全网理论发电功率，P_J表示并网的屋顶光伏电网J的理论发电功率，N′为并网的屋顶光伏电网的数量，N′取正整数。

全网可用发电功率通过网内所有并网的屋顶光伏电网的可用发电功率获取，具体的，按照下述公式：

得到全网可用发电功率；

其中，P_u为全网理论发电功率，P′_J为并网的屋顶光伏电网J的可用发电功率。

通常情况下，屋顶光伏电网的可用发电功率根据光伏板103的物理参数确定，具体计算如公式(2)所示，公式(2)如下：

P′_J＝γ×S×η×N…………………………(2)

其中，P′_J表示第J个屋顶光伏电网的可用发电功率，J为正整数，γ表示光伏板103的有效辐照度，η表示光伏板103的发电效率，N表示光伏板103的数量，S表示光伏板103的面积。其中，光伏板103的辐照度γ由安装于光伏板103上的光传感器202A测得。在此，需要说明的是，γ为光伏板103的有效辐照度，通过光伏板103上设置的辐照度计202E获取光伏板103的水平辐照度，然后结合太阳高度角、赤纬角、光伏板103所在地点的纬度、时角、方位角、倾角得到。

在本申请实施例中，通过屋顶光伏电网所处环境的气象数据或者通过样本逆变器确定屋顶光伏电网的可用发电功率。

在一具体应用场景中，在根据屋顶光伏电网所处环境的气象数据确定屋顶光伏电网的可用发电功率时，该基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制系统还包括：温度传感器，能够采集光伏板103所处环境的环境温度，以由单片机201根据环境温度和水平辐照度确定光伏板103的可用发电功率。

在本申请实施例中，根据气象监测设备实时监测到的光伏板103设置的屋顶环境的水平辐照度和环境温度，将水平辐照度转化为光伏板103的有效辐照强度(光照强度)，将环境温度转化为光伏板103的有效温度，进而，计算屋顶光伏电网的可用发电功率。具体的，光伏板103的有效辐照强度可根据水平辐照度、太阳高度角、赤纬角、光伏板103所处位置的地理维度、时角、方位角、倾角进行计算。

光伏板103的有效温度通过公式(3)计算，公式(3)如下：

T_m＝T_a+K·G_e…………………………(3)

其中，T_m为光伏板103的板面有效温度；T_a为环境温度；G_e为光伏板103的有效辐照强度；K为温度修正系数。在此，以年为单位，通过采集的环境温度的实际数据，利用自回归方法对K进行修正。需要说明的是，光伏板103的板面有效温度还可以通过温度传感器对光伏板103直接进行温度采集获取。

在本申请实施例中，通过光伏板103在标准工况下的设备参数，计算当前气象条件下屋顶光伏电网的最佳输出电流I_MPP和最佳输出电压U_MPP，具体通过公式(4)确定，公式(4)如下：

其中，G_ref表示标准太阳辐照强度，取值为1000W/m²；I_mref表示屋顶光伏电网在标准工况下的最佳输出电流；U_mref表示屋顶光伏电网在标准工况下的最佳输出电压；ΔG＝G_e-G_ref；ΔT＝T_m-T_ref；T_ref表示标准组件的温度，取值为25℃；e为自然对数的底数，取值为2.71828；a、b、c均为补偿系数，根据光伏板103的试验数据拟合得到，并基于实测数据进行定期修正。在此，需要说明的是，标准工况指的是：标准太阳辐照强度取值为1000W/m²，标准组件的温度取值为25℃，标准大气压取值为101.325kPa。

进而，通过公式(5)可计算出光伏板103的直流输出功率P_dc，公式(5)如下：

P_dc＝U_MPP×I_MPP……………………(5)

然后，基于屋顶光伏电网中光伏板103的有效数量、光伏板103的老化、光伏板103的失配损失、光伏板103表面的尘埃遮挡、光伏板103至并网点的线路传输及站用电损失、逆变器效率等因素，得到屋顶光伏电网的理论发电功率P_J和可用发电功率P′_J，如公式(6)所示：

其中，n_j表示并网运行的屋顶光伏电网的全部数量，n′_j表示并网运行的屋顶光伏电网的有效数量；K₁、K₂、K₃、K₄、η_inv均为无量纲参数；K₁表示光伏板103老化损失系数，K₁＝1-k×y_a，y_a为不同太阳能电池材料年衰减率，k为屋顶光伏电网的并网投入使用年数；K₂表示光伏板103的失配损失系数；K₃表示尘埃遮挡损失系数；K₄表示线路传输及站用电损失系数；η_inv表示并网逆变器的效率。在此，需要说明的是，以年为单位，通过屋顶光伏电网并网运行的实际数据，利用自回归方法对K₁、K₂、K₃、K₄进行修正。其中，K₂、K₃为光伏板103的自身参数，K₄通过实际测量得到。

在另一具体应用场景中，在通过样本逆变器确定屋顶光伏电网的可用发电功率时，基于选定的样本逆变器，建立样本逆变器与并网运行的全部屋顶光伏电网的输出功率之间的映射模型，获得全站理论发电功率。具体按照公式(7)确定屋顶光伏电网的理论发电功率和可用发电功率，公式(7)如下：

其中，k′表示逆变器的型号编号，K′表示逆变器的型号数量，k′、K′均为正整数，M_k′表示型号为k′的样本逆变器的数量，N_k′表示型号为k′的逆变器全站数量；N′_k′表示型号为k′的逆变器的开机运行总数量，p_J,k′,m为第J个屋顶光伏电网中型号为k′的逆变器的第m个样本逆变器的实际功率。

在本申请实施例中，在单片机201中，基于0-1整数规划方法得出预设时间内光伏板103的输出功率下的供电线路组合。具体的，屋顶光伏电网供电的照明设备重要程度评价体系，采用7个评估指标对照明设备重要程度进行评估。该评价体系采用基于功能驱动原理的序关系分析法，用专家经验对指标的重要程度进行打分，得出各指标主观权重；再采用基于数据差异驱动原理的熵权法，求得各指标客观权重；再利用基于矩估计理论的组合赋权法求得各指标的组合权重；最后，通过灰色聚类模型计算各照明设备综合聚类系数，得出各照明设备对于供电的权重。

首先，确定评价体系中的各个评估指标，采集各个照明设备的各个评估指标；其次，通过序关系法对各个评估指标进行打分，得到主观权重；再根据采集的各个照明设备的各个评估指标的数据，基于熵权法，得到各个评估指标的客观权重；然后，根据主观权重和客观权重，得到组合权重；最后，基于灰色聚类模型，根据组合权重，计算各照明设备的综合聚类系数，得出各照明设备对于供电的权重。

在本申请实施例中，在通过序关系法对各个评估指标进行打分，得到各评估指标的主观权重时，首先确定m个评估指标的序关系，即重要程度排序：Y₁>Y₂>…>Y_m；然后，确定相邻指标间的相对重要程度，其中，评估指标Y_k-1与Y_k的重要程度指标R_k的理性判断为R_k＝Y_k-1/Y_k，式中，k＝m,m-1,…,3,2，m为正整数；最后进行各指标的主观权重系数w_sk的计算：

w_sk-1＝R_kw_sk。在一具体的例子中，相邻指标间的重要程度指标R_k的赋值参考表如下表1所示。表1如下：

表1

在本申请实施例中，在根据采集的各个照明设备的各个评估指标的数据，基于熵权法，得到各个评估指标的客观权重，在供电线路中具有n′个照明设备，n′为正整数。

首先，对各评估指标Y_i′k(第i′个照明设备的第k个评估指标)进行预处理，即对第i′个照明设备的第k个评估指标Y_i′k在同类指标中的比重进行处理，计算在第k个评估指标下第i′个照明设备的比重。具体的按照公式(8)确定第i′个照明设备的第k个评估指标Y_i′k在同类指标中的比重P_i′k，公式(8)如下：

其中，i′＝1,2,3,…,n′。

然后，按照公式(9)计算第k个评估指标的熵权e_k，公式(9)如下：

最后，按照公式(10)计算第k个评估指标的客观权重w_ok，公式(10)如下：

在本申请实施例中，基于矩估计理论，根据主观权重和客观权重，得到组合权重。主观权重与客观权重的相对重要程度都不同，设主观权重与客观权重的相对重要程度系数分别表示为δ和ε。具体的，基于矩估计理论，对m个评估指标(G₁,G₂,…,G_m)，l个主观权重评价方法，(q-l)个客观权重评价方法，对于每个评估指标G_k(1≤k≤m)，按照公式(11)计算其权重期望值。公式(11)如下：

对于第k(1≤k≤m)个评估指标，由权重向量矩阵(q×1)，可以得到：

其中，δ_k、ε_k分别表示评估指标G_k的主观权重与客观权重的相对重要程度系数。

在本申请实施例中共有m个评估指标，因此可以得到权重向量矩阵(q×m)，同样采用矩估计的方法，可以得到：

其中，δ表示由l个主观权重评价方法得到的最终主观权重的相对重要程度系数；ε表示由(q-l)个客观权重评价方法得到的最终客观权重的相对重要程度系数。

在本申请实施例中，由序关系法得出的各照明设备的评估指标的主观权重向量w_sk＝(w_s1,w_s2,…,w_sm)，且满足w_sk∈[0,1]，

由熵权法得出各照明设备评估指标的客观权重向量为w_ok＝(w_o1,w_o2,…,w_om)，且满足

将主观权重w_sk和客观权重w_ok进行加权得到组合权重w为：

w＝δw_sk+εw_ok，δ,ε>0,δ+ε＝1……………(14)

假设有n′个待评对象(本实例中即为照明设备)，m个评估指标，s个灰类，待评对象i′的样本值为x_i′k(i′＝1,2,…,n′；k＝1,2,…,m)；根据x_i′k值对相应照明设备i′进行综合评价。

在本申请实施例中，为准确反映评估指标所属某一类的程度，首先，需要确定评价的灰类，即确定评价灰类的等级数、灰数及白化权函数；然后，确定各个评估指标的组合权重，建立三角白化权函数。

具体的，将评估指标k的取值范围[a₁,a_M+1]划分为[a₁,a₂]，…，[a_k,a_k+1]，…，[a_M,a_M+1]。令

属于第u灰类的中心点，其值为1。且将

与第(u-1)个灰类的起点a_u-1和第(u+1)个灰类的中点a_u+2链接，可得到指标k关于第u灰类的三角白化权函数

k＝1,2,…,m；u＝1,2,…,s。对于

和

可分别根据实际情况将指标取值范围向左向右沿至a₀，a_s+2，如图5所示。

本申请实施例中，评估指标各类等级的取值范围为：[0,0.2),[0.2,0.4),[0.4,0.6),[0.6,0.8),[0.8,1)，各评价等级对应的重要程度分别为：很不重要，不重要，一般，重要，很重要。将评价等级取值范围向左、向右分别拓展到-0.2和1.2，即a₀＝-0.2；a₁＝0；a₂＝0.2；a₃＝0.4；a₄＝0.6；a₅＝0.8；a₆＝1；a₇＝1.2。同时可求得λ₁＝0.1；λ₂＝0.3；λ₃＝0.5；λ₄＝0.7；λ₅＝0.9。

对于评估指标k的实际值x，由以下函数计算其属于灰类u(u＝1,2,…,s)的隶属度

令

有：

本申请实施例中，根据各灰类的取值范围，可得各灰类的三角白化权函数。

接着，按照公式(16)计算待评对象i′关于灰类u(u＝1,2,…,s)的综合聚类系数

公式(16)如下：

其中，

为待评对象i′属于灰类u的三角白化权函数；x_i′k为待评对象i′关于评估指标k的值，η_k为评估指标k的权重。

最后，按照公式(17)判断待评对象i′的所属灰类u，公式(17)如下：

在本申请实施例中，将各指标值代入以上三角白化权函数，计算出各指标对应灰类的三角白化权函数值，之后可计算出照明设备综合评价关于灰类u(u＝1,2,3,4,5)的综合聚类系数

根据计算评价等级以及综合聚类系数大小，得出照明设备重要程度排序为：安全出口指示灯(很重要)>灯管(很重要)>LED显示屏(重要)>LED声控灯(一般)>应急照明灯(一般)>LED面板灯(很不重要)。

在本申请实施例中，基于预设重要度模型，在预设时间内根据光伏板103的输出功率确定供电线路组合。预设重要度模型如公式(18)所示，公式(18)如下：

其中，i＝1,2,…,n，n为正整数，表示供电线路的总数；x_i＝0,1，x_i＝1表示第i条供电线路处于闭合状态，屋顶光伏电网输出功率供给该线路，x_i＝0表示第i条供电线路处于非闭合状态，屋顶光伏电网输出功率不供给该线路；c_i表示第i条供电线路的需求功率，b_i表示第i条供电线路的组合权重；A′表示屋顶光伏电网的输入功率，即屋顶光伏电网的可用发电功率(光伏板103的输出功率，A′＝P_u)；Z₁表示屋顶光伏电网的损失功率，为光伏板103的输出功率与供电线路组合的功率的差值；Z₂表示屋顶光伏电网对供电线路组合的支撑重要度。

在此，以某5层建筑物内的照明设备为例进行说明，在该建筑物内共有18条供电线路，即公式(18)中n＝18：

线路1：建筑物内每一层安全出口指示灯c₁＝210W，b₁＝0.3030；

线路2：建筑物内每一层应急照明灯c₂＝90W，b₂＝0.1296；

线路3：楼外LED显示屏c₃＝930W，b₃＝0.1944；

线路4：1楼房间内灯管c₄＝3552W，b₄＝0.1970；

线路5：2楼房间内灯管c₅＝3552W，b₅＝0.1970；

线路6：3楼房间内灯管c₆＝3552W，b₆＝0.1970；

线路7：4楼房间内灯管c₇＝3552W，b₇＝0.1970；

线路8：5楼房间内灯管c₈＝3552W，b₈＝0.1970；

线路9：1楼走廊内LED声控灯c₉＝666W，b₉＝0.1482；

线路10：2楼走廊内LED声控灯c₁₀＝666W，b₁₀＝0.1482；

线路11：3楼走廊内LED声控灯c₁₁＝666W，b₁₁＝0.1482；

线路12：4楼走廊内LED声控灯c₁₂＝666W，b₁₂＝0.1482；

线路13：5楼走廊内LED声控灯c₁₃＝666W，b₁₃＝0.1482；

线路14：1楼卫生间内LED面板灯c₁₄＝168W，b₁₄＝0.0278；

线路15：2楼卫生间内LED面板灯c₁₅＝168W，b₁₅＝0.0278；

线路16：3楼卫生间内LED面板灯c₁₆＝168W，b₁₆＝0.0278；

线路17：4楼卫生间内LED面板灯c₁₇＝168W，b₁₇＝0.0278；

线路18：5楼卫生间内LED面板灯c₁₈＝168W，b₁₈＝0.0278；

如表2中，各个照明设备的各个评估指标的采集数据：

表2

然后，通过序关系法对各个评估指标(有7个评估指标，即m＝7)进行打分，得到主观权重；再根据采集的各个照明设备的各个评估指标的数据，基于熵权法(在本供电线路中考虑6个照明设备，7个评估指标，即公式(8)(9)(10)中n′＝6，公式(10)中m＝7)，得到各个评估指标的客观权重；然后，根据主观权重和客观权重，再利用基于矩估计理论的组合赋权法，得到各指标的组合权重(本申请实施例中有7个评估指标，1个主观权重评价方法，1个客观权重评价方法，即公式(11)中m＝7，l＝1，q-l＝1，公式(13)中m＝7)。主观权重、客观权重、组合权重如表3所示，表3如下：

表3

最后，基于灰色聚类模型(本申请实施例中有6个照明设备，7个评估指标，5个不同的灰类，即公式(16)中m＝7，公式(17)中s＝5)，根据组合权重，计算各照明设备的综合聚类系数，得出各照明设备的供电线路权重，如表4所示。表4如下：

表4

在本申请实施例中，基于归一化方法计算各照明设备对于供电的权重。具体的：

1.通过灰色聚类模型计算各照明设备综合聚类系数，得出各照明设备的重要程度排名。(即根据计算评价等级以及综合聚类系数大小，得出照明设备重要程度排序为：安全出口指示灯(很重要)>灯管(很重要)>LED显示屏(重要)>LED声控灯(一般)>应急照明灯(一般)>LED面板灯(很不重要)。)

2.将各重要程度量化成数字。(即将“很不重要”“不重要”“一般”“重要”“很重要”分别量化为整数：1、3、5、7、9)，如表5所示

表5

3.各照明设备对于供电的权重计算过程

可得到供电线路组合如下：

①光伏板103的输出功率为5000w时，最佳的供电线路组合为：

[线路1,线路2,线路3,线路4,线路14]

Z₁＝50，Z₂＝960.5004

②光伏板103的输出功率为10000w时，最佳的供电线路组合为：

[线路1,线路4,线路5,线路9,线路10,线路11,线路12]

Z₁＝22，Z₂＝1857.9228

③光伏板103的输出功率为15000w时，最佳的供电线路组合为：

[线路2,线路4,线路5,线路6,线路7,线路9]

Z₁＝36，Z₂＝2909.3412

④光伏板103的输出功率为20000w时，最佳的供电线路组合为：

Z₁＝8，Z₂＝3862.8480

在一些可选实施例中，基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制系统还包括：复位模块202E，与单片机201电性连接，用于执行手动复位指令，以使调节装置、支架106和智能测控装置104恢复初始设定。进一步的，基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制系统还包括：压力传感器202D，与单片机201电性连接，用于监测光伏板103的环境风压并发送至单片机201，以由单片机201确定环境风压大于预设风压阈值，发出自动复位指令。

在本申请实施例中，在屋顶光伏电网进行搭建时，配置初始设定，实现系统的初始化；当夜晚无光照时，液压升降杆自动复位，然后降至最低，当白天有光照时，液压升降杆自动复位后，光伏板103再正常运行。

在本申请实施例中，在光伏板103的支架106上增加监测装置，对支架106的力学性能进行实时监测，当光伏板103的环境风压(风速)达到预设风压阈值时，屋顶光伏电网智能控制系统自动预警，并测量支架106的受力，确定发出自动复位指令进行复位后，再将液压杆降到最低，避免风速对光伏系统安全性的影响。在此，需要说明的是，此故障是降低屋顶光伏电网的发电效率来保证系统的安全性，不需要对屋顶光伏进行维修，只需要报警提示，在核实后即可消除报警。

在本申请实施例中，还设置有液压传感器和位移传感器。通过液压传感器对液压升降杆的工作压力进行实时监测，以此判断液压升降杆所在的液压系统105是否正常工作；通过位移传感器对液压升降杆的伸缩位移进行实时监测，并判断液压升降杆是否伸缩自如。若液压传感器和/或位移传感器的监测异常，则判断液压系统105出现故障，单片机201发出液压机械故障的信息。在此，需要说明的是，每个液压升降杆对应布设一个液压传感器和一个位移传感器，以实现对液压升降杆的精准控制。在出现液压机械故障时，采用辅助支撑装置(折叠式撑杆)对光伏板103支撑可靠后，进行液压升降杆的维修或更换。不同的故障类型具有不同的故障代码，通过不同的故障代码来确定故障类型和位置，以消除报警或解列维修。

本申请实施例中，通过将执行单元102的控制有效集中起来，建立统一的分时控制，自动处理光伏板103的方向和高度，使屋顶光伏电网智能控制系统的集体性、协调性得到明显优化。单片机201根据光伏输出功率监测模块202C监测到的光伏板103的输出功率确定不同的供电线路组合，由智能切换供电模块203根据单片机201确定的供电线路组合进行供电线路切换。籍此，对屋顶光伏电网的供电情况进行自动计算，优化供电线路，智能切换供电线路组合，有效提高屋顶光伏电网的自适应性、高可控性和安全性。

同时，该屋顶光伏电网智能控制系统还具有自动报警功能，在光伏板103位置状况出现异常时，会向远端主机发送异常信息并停止进一步的位置变化，方便及时进行应急处理，保证了屋顶光伏电网的自适应性、高可控性和高安全性。

图6为根据本申请的一些实施例提供的一种基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制方法的流程示意图；该基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制方法采用上述任一基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制系统对屋顶光伏电网进行智能控制；如图6所示，该基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制方法包括：

步骤S601、根据采集到的光伏板收到的太阳光入射角度，确定光伏板的调节参数，以使光伏板正对太阳光入射进行光伏发电；其中，调节参数包括：调节角度和调节高度；

步骤S602、响应于光伏板的光伏发电的输出功率达到预设阈值，基于0-1整数规划，根据光伏板的输出功率确定供电线路组合。

在一些可选实施例中，步骤S601中，根据采集到的光伏板收到的太阳光入射角度，确定光伏板的调节参数，以使光伏板正对太阳光进行光伏发电，具体为：根据带动光伏板运动的执行单元的实时伸缩位置和光伏板收到的太阳光入射角度，确定光伏板的调节参数，以使光伏板正对太阳光进行光伏发电。

在一些可选实施例中，步骤S602中，响应于光伏板的光伏发电的输出功率达到预设阈值，基于0-1整数规划方法，根据光伏板的输出功率确定供电线路组合，具体为：响应于光伏板的光伏发电的输出功率达到预设阈值，基于0-1整数规划方法，根据光伏板的输出功率，按照预设时间间隔，确定供电线路组合。

在一些可选实施例中，在步骤S602中，按照公式：

确定供电线路组合；

其中，x_i＝0,1；

式中，x_i表示第i条供电线路，i＝1,2,…,n；n为正整数，表示供电线路的总数；x_i＝0,1，x_i＝1表示第i条供电线路处于闭合状态，所述光伏板的输出功率供给该供电线路；x_i＝0表示第i条供电线路处于非闭合状态，所述光伏板的输出功率不供给该供电线路；c_i表示第i条供电线路的需求功率；b_i表示第i条供电线路的组合权重；A′表示所述光伏板的输出功率；Z₁为损失功率，表示所述光伏板的输出功率与所述供电线路组合的功率的差值；Z₂表示所述屋顶光伏电网对所述供电线路组合的支撑重要度。

本申请实施例提供的基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制方法能够实现上述任一基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制系统的操作，并达到相同的有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制系统，其特征在于，包括：底座、调节装置、光伏板和智能测控装置，

所述调节装置包括：驱动单元和执行单元，所述执行单元的一端与所述底座铰接，另一端铰接一支架，所述支架上安装所述光伏板；所述驱动单元用于驱动所述执行单元伸缩移动，以对所述光伏板的角度和高度进行调节；

所述智能测控装置包括：单片机、光传感器、辐照度计、光伏输出功率监测模块和智能切换供电模块；

所述单片机分别电性连接所述驱动单元、所述光传感器、所述辐照度计、所述光伏输出功率监测模块和所述智能切换供电模块；

所述光传感器采集所述光伏板受到的太阳光入射角度，所述辐照度计采集所述光伏板的水平辐照度，所述光伏输出功率监测模块对预设时间段内所述光伏板的输出功率进行监测；

所述单片机根据所述太阳光入射角度通过所述驱动单元对所述执行单元进行调节，以使所述光伏板正对太阳光入射；以及，基于所述水平辐照度确定所述光伏板的输出功率，并根据所述光伏输出功率监测模块监测到的所述光伏板的输出功率确定不同的供电线路组合；

其中，所述根据所述光伏输出功率监测模块监测到的所述光伏板的输出功率确定不同的供电线路组合，具体为：

响应于所述光伏板的光伏发电的输出功率达到预设阈值，基于0-1整数规划方法，根据所述光伏板的输出功率确定供电线路组合；

按照公式：

确定所述供电线路组合；

其中，x_i＝0,1；

式中，x_i表示第i条供电线路，i＝1,2,…,n；n为正整数，表示供电线路的总数；x_i＝0,1，x_i＝1表示第i条供电线路处于闭合状态，所述光伏板的输出功率供给该供电线路；x_i＝0表示第i条供电线路处于非闭合状态，所述光伏板的输出功率不供给该供电线路；c_i表示第i条供电线路的需求功率；b_i表示第i条供电线路的组合权重；A′表示所述光伏板的输出功率；Z₁为损失功率，表示所述光伏板的输出功率与所述供电线路组合的功率的差值；Z₂表示所述屋顶光伏电网对所述供电线路组合的支撑重要度；

所述智能切换供电模块用于根据所述单片机确定的供电线路组合进行供电线路切换。

2.根据权利要求1所述的基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制系统，其特征在于，所述调节装置还包括：可编程电机控制器和电机驱动器；

所述可编程电机控制器与所述单片机电性连接，用于接收分时调控指令，其中，所述分时调控指令由所述单片机根据所述太阳光入射角度和所述执行单元的实时伸缩位置确定；

所述电机驱动器与所述可编程电机控制器电性连接，用于根据所述分时调控指令驱动所述驱动单元的电机动作，使所述驱动单元向所述执行单元提供动力，以对所述光伏板的角度和高度进行调节。

3.根据权利要求1所述的基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制系统，其特征在于，所述基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制系统还包括：定时模块，与所述单片机电性连接，使所述单片机在预设时间内根据所述光伏板的输出功率确定不同的供电线路组合。

4.根据权利要求1所述的基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制系统，其特征在于，所述基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制系统还包括：复位模块，与所述单片机电性连接，用于执行手动复位指令，以使所述调节装置、所述光伏板和所述智能测控装置恢复初始设定。

5.根据权利要求4所述的基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制系统，其特征在于，所述基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制系统还包括：压力传感器，与所述单片机电性连接，用于监测所述光伏板的环境风压并发送至所述单片机，以由所述单片机确定所述环境风压大于预设风压阈值，发出自动复位指令。

6.根据权利要求1-5任一所述的基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制系统，其特征在于，所述执行单元为沿所述底座的周向并列均布的三个液压升降杆，所述液压升降杆的两端分别与所述底座、所述支架万向铰接。

7.一种基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制方法，采用权利要求1-6任一所述的基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制系统对所述屋顶光伏电网进行智能控制，其特征在于，包括：

根据采集到的光伏板受到的太阳光入射角度，确定所述光伏板的调节参数，以使所述光伏板正对太阳光入射进行光伏发电；其中，所述调节参数包括：调节角度和调节高度；

响应于所述光伏板的光伏发电的输出功率达到预设阈值，基于0-1整数规划方法，根据所述光伏板的输出功率确定供电线路组合；

按照公式：

确定所述供电线路组合；

其中，x_i＝0,1；

式中，x_i表示第i条供电线路，i＝1,2,…,n；n为正整数，表示供电线路的总数；x_i＝0,1，x_i＝1表示第i条供电线路处于闭合状态，所述光伏板的输出功率供给该供电线路；x_i＝0表示第i条供电线路处于非闭合状态，所述光伏板的输出功率不供给该供电线路；c_i表示第i条供电线路的需求功率；b_i表示第i条供电线路的组合权重；A′表示所述光伏板的输出功率；Z₁为损失功率，表示所述光伏板的输出功率与所述供电线路组合的功率的差值；Z₂表示所述屋顶光伏电网对所述供电线路组合的支撑重要度。

8.根据权利要求7所述的基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制方法，其特征在于，所述根据采集到的光伏板受到的太阳光入射角度，确定所述光伏板的调节参数，以使所述光伏板正对太阳光入射进行光伏发电，具体为：

根据带动所述光伏板运动的执行单元的实时伸缩位置和所述光伏板受到的太阳光入射角度，确定所述光伏板的调节参数，以使所述光伏板正对太阳光入射进行光伏发电。

9.根据权利要求7所述的基于光照信息识别的屋顶光伏电网智能控制方法，其特征在于，所述响应于所述光伏板的光伏发电的输出功率达到预设阈值，基于0-1整数规划方法，根据所述光伏板的输出功率确定供电线路组合，具体为：

响应于所述光伏板的光伏发电的输出功率达到预设阈值，基于0-1整数规划方法，根据所述光伏板的输出功率，按照预设时间间隔，确定所述供电线路组合。

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