本發(fā)明涉及新能源系統(tǒng)建筑領(lǐng)域，尤其是涉及一種大型智能光伏屋頂系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展導(dǎo)致的諸多環(huán)保問(wèn)題已成為世界關(guān)注的焦點(diǎn)，作為最重要能源物質(zhì)的煤炭、石油、天然氣等化石能源終將面臨枯竭，開發(fā)清潔環(huán)保的可再生替代能源已勢(shì)在必行。太陽(yáng)能、核能、生物質(zhì)能等能源成為新能源的代表，它們可以減少對(duì)化石能源的依賴與二氧化碳的排放量。其中，太陽(yáng)能作為安全、綠色、可再生能源，其地位就顯得尤其突出。

目前世界各國(guó)供電系統(tǒng)多采用集中式供電方式。在上世紀(jì)80年代，美國(guó)公共事業(yè)管理研究機(jī)構(gòu)提出分布式供電模式，分布式供電是將發(fā)電系統(tǒng)以小規(guī)模、分散式的方式布置在用戶附近。這種模式在西方發(fā)達(dá)國(guó)家得到了發(fā)展，可以很好的彌補(bǔ)集中式供電的不足。分布式供電具有以下優(yōu)勢(shì)：輸配電損耗低；無(wú)需建設(shè)配電站，可避免或延緩增加的輸配電成本；適合多種熱電比的變化，可使系統(tǒng)根據(jù)熱或電的需求進(jìn)行調(diào)節(jié)從而增加年設(shè)備利用小時(shí)；土建和安裝成本低；各電站相互獨(dú)立，用戶可自行控制，不會(huì)發(fā)生大規(guī)模供電事故，供電的可靠性高；可進(jìn)行遙控和監(jiān)測(cè)區(qū)域電力質(zhì)量和性能；綠色低碳，減小環(huán)保壓力。由于太陽(yáng)能發(fā)電非常適合于分布式供電模式，因此面向光伏發(fā)電的分布式供電及其支撐技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前新能源技術(shù)的研究熱點(diǎn)。

所科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及生活水平的不斷提高，大型或超大型建筑物不斷 涌現(xiàn)，如體育場(chǎng)館、機(jī)場(chǎng)、車站、圖書館、游樂(lè)場(chǎng)、市民活動(dòng)中心、教學(xué)樓等。上述建筑物頂部面積較大，采光條件較好，是進(jìn)行分布式太陽(yáng)能發(fā)電的合適場(chǎng)所。傳統(tǒng)的大型建筑物頂部或側(cè)面一般配有外遮陽(yáng)系統(tǒng)，來(lái)調(diào)節(jié)建筑物內(nèi)部的光線；而上述外遮陽(yáng)系統(tǒng)一般不具備光伏發(fā)電功能，從而造成一定的采光資源浪費(fèi)。

分布式光伏技術(shù)的不斷推廣，使得光伏屋頂技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，尤其是在獨(dú)棟建筑、草原、溫室等建筑，但大型建筑物的陽(yáng)光屋頂系統(tǒng)相對(duì)較少。此外，傳統(tǒng)的陽(yáng)光屋頂一般為固定模式，不能夠根據(jù)天氣及采光條件的改變來(lái)調(diào)整系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而且不可避免的會(huì)對(duì)建筑內(nèi)的采光條件造成影響。

因此，研發(fā)一種大型智能光伏屋頂系統(tǒng)，兼顧傳統(tǒng)的外遮陽(yáng)系統(tǒng)與光伏屋頂系統(tǒng)的功能及特點(diǎn)，并配套設(shè)計(jì)相關(guān)的控制系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)，是非常有必要的工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服傳統(tǒng)光伏屋頂及外遮陽(yáng)系統(tǒng)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種大型智能光伏屋頂系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種大型智能光伏屋頂系統(tǒng)，其特征在于：系統(tǒng)由實(shí)體支撐構(gòu)架與傳動(dòng)子系統(tǒng)、光伏采集與光線調(diào)節(jié)單元、微逆變與電能轉(zhuǎn)換單元、自適應(yīng)分布式在線控制子系統(tǒng)組成，主要面向體育場(chǎng)館、機(jī)場(chǎng)、車站、圖書館、游樂(lè)場(chǎng)、市民活動(dòng)中心、教學(xué)樓等大型建筑物，安裝在上述建筑物的頂部或側(cè)面，提供光伏能量采集、變換、存儲(chǔ)、供給以及光線調(diào)節(jié)、遮擋雨雪等功能。

一種大型智能光伏屋頂系統(tǒng)，其特征在于：其實(shí)體支撐構(gòu)架與傳動(dòng)子系統(tǒng)由 主干支撐構(gòu)架、光伏單元支撐及旋轉(zhuǎn)單元構(gòu)架、主體伸縮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、光伏單元翻轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、主體伸縮柔順控制器組成。

進(jìn)一步，所述的主干支撐構(gòu)架采用輕質(zhì)合金鋼鉸接而成，其展開物理范圍可覆蓋目標(biāo)建筑物的頂面或側(cè)面；能夠承載光伏單元支撐及旋轉(zhuǎn)單元構(gòu)架、主體伸縮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、光伏單元翻轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、光伏柵格面板、微型逆變器及其它相關(guān)配件的重量；其內(nèi)部分成若干單元區(qū)域，用以安裝光伏單元支撐及旋轉(zhuǎn)單元構(gòu)架與光伏單元翻轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；其側(cè)面附有滾輪或滑軌，用以安裝主體伸縮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與主體伸縮柔順控制器。

進(jìn)一步，所述的光伏單元支撐及旋轉(zhuǎn)單元構(gòu)架由輕質(zhì)鋁合金構(gòu)件鉚接而成，通過(guò)定位銷連接，嵌于主干支撐構(gòu)架之內(nèi)；其內(nèi)部劃分若干條狀單元，通過(guò)螺旋緊固件，用以安裝光伏柵格面板。

進(jìn)一步，所述的主體伸縮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)螺旋緊固件安裝在主干支撐構(gòu)架兩側(cè)，采用多級(jí)電動(dòng)缸傳動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)主干支撐構(gòu)架的展開與縮回；所述的多級(jí)電動(dòng)缸采用多層嵌套機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，可提供穩(wěn)定、持續(xù)的推動(dòng)力。

進(jìn)一步，所述的光伏單元翻轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)、鏈輪、鏈條、傳動(dòng)軸、軸承組成；每個(gè)光伏柵格面板單元內(nèi)安裝一條傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸通過(guò)軸承安裝在柵格單元內(nèi)，并通過(guò)花鍵與鏈輪連接；鏈輪通過(guò)鏈條與步進(jìn)電機(jī)連接，步進(jìn)電機(jī)通過(guò)鏈條可控制多個(gè)傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)；每個(gè)光伏單元翻轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)、調(diào)整，無(wú)機(jī)械干涉，電機(jī)功率要求低，系統(tǒng)魯棒性較好。

進(jìn)一步，所述的主體伸縮柔順控制器，采用自校正比例積分微分控制方法，引入遺忘因子辨識(shí)閉環(huán)最小相位系統(tǒng)的特性參數(shù)，有效限制電動(dòng)缸伸縮過(guò)程的控制超調(diào)量，抑制伸縮過(guò)程中的機(jī)械動(dòng)力沖擊，使得系統(tǒng)伸縮過(guò)程柔順、連續(xù)，降 低傳動(dòng)過(guò)程噪聲，提高系統(tǒng)應(yīng)用壽命。

一種大型智能光伏屋頂系統(tǒng)，其特征在于：其光伏采集與光線調(diào)節(jié)單元由光伏柵格面板、光強(qiáng)傳感器、面板旋轉(zhuǎn)控制器組成。

進(jìn)一步，所述的光伏柵格面板通過(guò)螺旋緊固件固定在傳動(dòng)軸上，可隨傳動(dòng)軸進(jìn)行任意角度旋轉(zhuǎn)；各個(gè)光伏柵格面板通過(guò)并聯(lián)方式連接，以光伏采集與光線調(diào)節(jié)單元為基本單位匯集電流，接入微型逆變器。

進(jìn)一步，所述的光強(qiáng)傳感器用以感知建筑物外部光照條件的變化；傳感器通過(guò)粘接方式安裝在光伏單元支撐及旋轉(zhuǎn)單元構(gòu)架外側(cè)，并通過(guò)信號(hào)線將光強(qiáng)信號(hào)輸入面板旋轉(zhuǎn)控制器；每個(gè)光伏采集與光線調(diào)節(jié)單元配置一個(gè)傳感器，可獨(dú)立感光，使得在光照條件不均衡的情況下，系統(tǒng)的電能產(chǎn)出及透光均勻性得到保證。

進(jìn)一步，所述的面板旋轉(zhuǎn)控制器接收光強(qiáng)傳感器的輸入信號(hào)，并通過(guò)信號(hào)線與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連；控制器采用模糊控制方法，選擇隸屬度函數(shù)，生成相應(yīng)的控制規(guī)則表或成套控制策略，根據(jù)當(dāng)前光強(qiáng)信號(hào)輸入產(chǎn)生電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)光伏柵格面板轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)于天氣條件的自動(dòng)跟蹤或提供定制光照方案。

一種大型智能光伏屋頂系統(tǒng)，其特征在于：其微逆變與電能轉(zhuǎn)換單元由微型逆變器、匯流控制器、儲(chǔ)能設(shè)備組成。

進(jìn)一步，所述的微型逆變器采用半橋反激架構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積緊湊；接收光伏柵格面板輸入的波動(dòng)較大的直流電，將其變換為符合并網(wǎng)要求的交流電，并接入?yún)R流控制器。

更進(jìn)一步，所述的微型逆變器采用內(nèi)模重復(fù)控制方法，抑制周期性諧波，減小諧波畸變總量，提高電能輸出質(zhì)量。

進(jìn)一步，所述的匯流控制器可接收一個(gè)或多個(gè)光伏采集與光線調(diào)節(jié)單元輸出的交流電，其輸出接口與并網(wǎng)變壓器、儲(chǔ)能設(shè)備及本地用電網(wǎng)絡(luò)相連；根據(jù)用戶需要及供電網(wǎng)絡(luò)條件，將輸出電能接入大電網(wǎng)、儲(chǔ)能設(shè)備或本地建筑物用電網(wǎng)絡(luò)。

更進(jìn)一步，所述的匯流控制器采用基于雙向同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的多道鎖相環(huán)技術(shù)，感知并控制雙向潮流，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)并網(wǎng)或孤島狀態(tài)供電的無(wú)縫連接，抑制因電網(wǎng)波動(dòng)或負(fù)載變化帶來(lái)的符合不平衡，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

進(jìn)一步，所述的儲(chǔ)能設(shè)備包含蓄電池與儲(chǔ)能控制器，接收系統(tǒng)產(chǎn)生的多余電能，補(bǔ)償因劇烈天氣變化而造成的系統(tǒng)電能輸出波動(dòng)；所述的儲(chǔ)能控制器通過(guò)概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進(jìn)行充放電管理，提高了蓄電池工作的穩(wěn)定性與工作壽命。

一種大型智能光伏屋頂系統(tǒng)，其特征在于：其自適應(yīng)分布式在線控制子系統(tǒng)由分布式光伏屋頂監(jiān)控結(jié)點(diǎn)、集控中心監(jiān)控端、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中繼服務(wù)結(jié)點(diǎn)、自適應(yīng)監(jiān)控應(yīng)用軟件組成。

進(jìn)一步，所述的分布式光伏屋頂監(jiān)控結(jié)點(diǎn)安裝在系統(tǒng)的各個(gè)關(guān)鍵組成設(shè)備上，獲取當(dāng)前系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并將狀態(tài)數(shù)據(jù)按照既定的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議上傳至集控中心監(jiān)控端或普適移動(dòng)監(jiān)控終端。

更進(jìn)一步，所述的分布式光伏屋頂監(jiān)控結(jié)點(diǎn)通過(guò)本地光伏網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行供電，配有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)射熱點(diǎn)器件，采用無(wú)線方式進(jìn)行信息交互，支持無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)相融協(xié)議與工業(yè)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)服務(wù)構(gòu)架；所述的工業(yè)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)服務(wù)構(gòu)架為自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中間件，兼容TCP/IP協(xié)議或其它專用工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的自主發(fā)現(xiàn)、事件訂閱、信息封裝、無(wú)縫鏈接等功能，且通過(guò)其安全信息映射機(jī)制保證監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

進(jìn)一步，所述的集控中心監(jiān)控端安裝在建筑物控制室，通過(guò)工業(yè)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)服 務(wù)構(gòu)架服務(wù)方法進(jìn)行自主搜索，確認(rèn)當(dāng)前系統(tǒng)中處于運(yùn)行狀態(tài)的結(jié)點(diǎn)，并與其建立無(wú)線通信信道；通過(guò)建立的上述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信道，對(duì)系統(tǒng)中的各運(yùn)行結(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲取當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)上述狀態(tài)數(shù)據(jù)產(chǎn)生控制規(guī)則與操控指令。

進(jìn)一步，所述的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中繼服務(wù)結(jié)點(diǎn)采用當(dāng)?shù)毓夥娫垂╇?，為分布式光伏屋頂監(jiān)控結(jié)點(diǎn)與集控中心監(jiān)控端或普適移動(dòng)監(jiān)控終端提供信號(hào)中繼與功率增強(qiáng)服務(wù)，提高無(wú)線通信信道的抗干擾能力，確保信號(hào)傳輸在遭遇到異常電氣干擾條件下的高保真性。

進(jìn)一步，所述的自適應(yīng)監(jiān)控應(yīng)用軟件安裝在集控中心監(jiān)控端服務(wù)器上，通過(guò)工業(yè)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)服務(wù)構(gòu)架的自主發(fā)現(xiàn)與自主組網(wǎng)功能生成當(dāng)前運(yùn)行的設(shè)備結(jié)點(diǎn)列表；利用工業(yè)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)服務(wù)構(gòu)架的事件訂閱機(jī)制與自主觸發(fā)設(shè)計(jì)設(shè)備結(jié)點(diǎn)的控制接口，并在此基礎(chǔ)上為用戶提供操控建議與工作日志打印等服務(wù)。

更進(jìn)一步，所述的自適應(yīng)監(jiān)控應(yīng)用軟件支持嵌入式普適移動(dòng)終端，可安裝在手機(jī)等嵌入式移動(dòng)計(jì)算機(jī)上；系統(tǒng)工作人員可以在建筑物無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的任意地點(diǎn)獲得系統(tǒng)各個(gè)結(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)信息，提高了工作人員在系統(tǒng)維護(hù)過(guò)程中的工作靈活性。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：

1)將傳統(tǒng)的屋頂外遮陽(yáng)系統(tǒng)與陽(yáng)光屋頂系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了光伏發(fā)電與光線調(diào)節(jié)的有機(jī)統(tǒng)一。

2)主體伸縮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用多級(jí)電動(dòng)缸采用多層嵌套機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，可提供穩(wěn)定、持續(xù)的推動(dòng)力；采用自校正比例積分微分控制方法，有效限制電動(dòng)缸伸縮過(guò)程的控制超調(diào)量，抑制伸縮過(guò)程中的機(jī)械動(dòng)力沖擊，降低傳動(dòng)過(guò)程噪聲，提高系統(tǒng)應(yīng)用壽命。

3)光伏單元翻轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)、調(diào)整，無(wú)機(jī)械干涉，電機(jī)功率要求低，系統(tǒng)魯棒性較好。

4)光伏采集與光線調(diào)節(jié)單元獨(dú)立感光，使得在光照條件不均衡的情況下，系統(tǒng)的電能產(chǎn)出及透光均勻性得到保證。

5)面板旋轉(zhuǎn)控制器采用模糊控制方法，生成相應(yīng)的控制規(guī)則表或成套控制策略，根據(jù)當(dāng)前光強(qiáng)信號(hào)輸入產(chǎn)生電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)于天氣條件的自動(dòng)跟蹤或提供定制光照方案。

6)所述的微型逆變器采用半橋反激架構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積緊湊；采用內(nèi)模重復(fù)控制方法，抑制周期性諧波，減小諧波畸變總量，提高電能輸出質(zhì)量。

7)匯流控制器采用基于雙向同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的多道鎖相環(huán)技術(shù)，感知并控制雙向潮流，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)并網(wǎng)或孤島狀態(tài)供電的無(wú)縫連接，抑制因電網(wǎng)波動(dòng)或負(fù)載變化帶來(lái)的符合不平衡，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

8)儲(chǔ)能控制器通過(guò)概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進(jìn)行充放電管理，提高了蓄電池工作的穩(wěn)定性與工作壽命。

9)監(jiān)控系統(tǒng)采用工業(yè)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)服務(wù)構(gòu)架服務(wù)方法，兼容TCP/IP協(xié)議或其它專用工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的自主發(fā)現(xiàn)、事件訂閱、信息封裝、無(wú)縫鏈接等功能，且通過(guò)其安全信息映射機(jī)制保證監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

附圖說(shuō)明

圖1是系統(tǒng)功能架構(gòu)示意圖；

圖2是實(shí)體支撐結(jié)構(gòu)示意圖；1-伸縮電動(dòng)缸 2-主體支撐鋼架 3-伸縮控制器4-伸縮鉸鏈 5-光伏單元支架 6-光伏柵格面板

圖3是光伏采集與光線調(diào)節(jié)單元結(jié)構(gòu)示意圖；1-鏈條 2-鏈輪 3-步進(jìn)電機(jī) 4-面板旋轉(zhuǎn)控制器 5-定位銷孔 6-軸承 7-光伏柵格面板轉(zhuǎn)軸 8-光伏柵格面板 9-光強(qiáng)傳感器 10-鋁合金支撐框架

圖4是伸縮柔順控制器控制框圖；r(t)-系統(tǒng)輸入u(t)-控制規(guī)律增量y(t)-系統(tǒng)輸出

圖5是系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合附圖，下面對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

(1)總體功能構(gòu)架

本發(fā)明所涉及的一種大型智能光伏屋頂系統(tǒng)，由實(shí)體支撐構(gòu)架與傳動(dòng)子系統(tǒng)(Entity Supporting&Mechanical Drive sub-System，ESMDS)、光伏采集與光線調(diào)節(jié)單元(Photovoltaic&Light Regulating Unit，PLRU)、微逆變與電能轉(zhuǎn)換單元(Micro-inverter&Power Transfer Unit，MPTU)、自適應(yīng)分布式在線控制子系統(tǒng)(Self-adapting Distributed On-line Monitoring sub-System，SDOMS)組成，具體功能結(jié)構(gòu)如附圖1所示。本系統(tǒng)主要面向體育場(chǎng)館、歌舞劇院、機(jī)場(chǎng)、車站、圖書館、游樂(lè)場(chǎng)、市民活動(dòng)中心、教學(xué)樓等大型建筑物，安裝在上述建筑物的頂部或側(cè)面，可根據(jù)具體的用戶需求展開或伸縮(見附圖2)，提供光伏能量采集、變換、存儲(chǔ)、供給以及光線調(diào)節(jié)、遮擋雨雪等功能。

(2)物理支撐與機(jī)械傳動(dòng)

本發(fā)明所涉及的一種大型智能光伏屋頂系統(tǒng)，其實(shí)體支撐構(gòu)架與傳動(dòng)子系統(tǒng)(ESMDS)由主干支撐構(gòu)架、光伏單元支撐及旋轉(zhuǎn)單元構(gòu)架、主體伸縮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、 光伏單元翻轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、主體伸縮柔順控制器組成，如附圖2所示。

主干支撐構(gòu)架采用輕質(zhì)合金鋼鉸接而成，其展開物理范圍可覆蓋目標(biāo)建筑物的頂面或側(cè)面；能夠承載光伏單元支撐及旋轉(zhuǎn)單元構(gòu)架、主體伸縮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、光伏單元翻轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、光伏柵格面板、微型逆變器及其它相關(guān)配件的重量；其內(nèi)部分成若干單元區(qū)域，用以安裝光伏單元支撐及旋轉(zhuǎn)單元構(gòu)架與光伏單元翻轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；其側(cè)面附有滾輪或滑軌，用以安裝主體伸縮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與主體伸縮柔順控制器。

光伏單元支撐及旋轉(zhuǎn)單元構(gòu)架由輕質(zhì)鋁合金構(gòu)件鉚接而成，通過(guò)定位銷連接，嵌于主干支撐構(gòu)架之內(nèi)；其內(nèi)部劃分若干條狀單元，通過(guò)螺旋緊固件，用以安裝光伏柵格面板，如附圖3所示。

主體伸縮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)螺旋緊固件安裝在主干支撐構(gòu)架兩側(cè)，采用多級(jí)電動(dòng)缸傳動(dòng)方式，如附圖2所示，實(shí)現(xiàn)主干支撐構(gòu)架的展開與縮回；所述的多級(jí)電動(dòng)缸采用多層嵌套機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，可提供穩(wěn)定、持續(xù)的推動(dòng)力。

光伏單元翻轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)、鏈輪、鏈條、傳動(dòng)軸、軸承組成，如附圖3所示；每個(gè)光伏柵格面板單元內(nèi)安裝一條傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸通過(guò)軸承安裝在柵格單元內(nèi)，并通過(guò)花鍵與鏈輪連接；鏈輪通過(guò)鏈條與步進(jìn)電機(jī)連接，步進(jìn)電機(jī)通過(guò)鏈條可控制多個(gè)傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)；每個(gè)光伏單元翻轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)、調(diào)整，無(wú)機(jī)械干涉，電機(jī)功率要求低，系統(tǒng)魯棒性較好。

主體伸縮柔順控制器，采用自校正比例積分微分(Self-turning Proportion Integration Differentiation，SPID)控制方法，其控制系統(tǒng)框圖如附圖4所示。上述伸縮柔順控制器引入遺忘因子辨識(shí)閉環(huán)最小相位系統(tǒng)的特性參數(shù)，有效限制電動(dòng) 缸伸縮過(guò)程的控制超調(diào)量，抑制伸縮過(guò)程中的機(jī)械動(dòng)力沖擊，使得系統(tǒng)伸縮過(guò)程柔順、連續(xù)，降低傳動(dòng)過(guò)程噪聲，提高系統(tǒng)應(yīng)用壽命。

(3)光伏采集與光線調(diào)節(jié)

本發(fā)明所涉及的一種大型智能光伏屋頂系統(tǒng)，其光伏采集與光線調(diào)節(jié)單元(PLRU)由光伏柵格面板、光強(qiáng)傳感器、面板旋轉(zhuǎn)控制器組成。

光伏柵格面板通過(guò)螺旋緊固件固定在傳動(dòng)軸上，可隨傳動(dòng)軸進(jìn)行任意角度旋轉(zhuǎn)，如附圖3所示；各個(gè)光伏柵格面板通過(guò)并聯(lián)方式連接，以光伏采集與光線調(diào)節(jié)單元為基本單位匯集電流，接入微型逆變器。

光強(qiáng)傳感器用以感知建筑物外部光照條件的變化；光強(qiáng)傳感器通過(guò)粘接方式安裝在光伏單元支撐及旋轉(zhuǎn)單元構(gòu)架外側(cè)，并通過(guò)信號(hào)線將光強(qiáng)信號(hào)輸入面板旋轉(zhuǎn)控制器，如附圖3所示；每個(gè)光伏采集與光線調(diào)節(jié)單元配置一個(gè)傳感器，可獨(dú)立感光，使得在光照條件不均衡的情況下，系統(tǒng)的電能產(chǎn)出及透光均勻性得到保證。

面板旋轉(zhuǎn)控制器接收光強(qiáng)傳感器的輸入信號(hào)，并通過(guò)信號(hào)線與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連；控制器采用模糊控制方法，選擇合適的隸屬度函數(shù)，生成相應(yīng)的控制規(guī)則表或成套控制策略，根據(jù)當(dāng)前光強(qiáng)信號(hào)輸入產(chǎn)生電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)光伏柵格面板轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)于天氣條件的自動(dòng)跟蹤或提供定制光照方案，如附圖5所示。

(5)光伏逆變轉(zhuǎn)換與控制

本發(fā)明所涉及的一種大型智能光伏屋頂系統(tǒng)，其微逆變與電能轉(zhuǎn)換單元 (MPTU)由微型逆變器、匯流控制器、儲(chǔ)能設(shè)備組成，如附圖5所示。

微型逆變器采用半橋反激架構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積緊湊。微型逆變器接收光伏柵格面板輸入的波動(dòng)較大的直流電，將其變換為符合并網(wǎng)要求的交流電，并接入?yún)R流控制器。

微型逆變器采用內(nèi)模重復(fù)控制方法，抑制周期性諧波，減小諧波畸變總量，提高電能輸出質(zhì)量。

匯流控制器可接收一個(gè)或多個(gè)光伏采集與光線調(diào)節(jié)單元輸出的交流電，其輸出接口與并網(wǎng)變壓器、儲(chǔ)能設(shè)備及本地用電網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)負(fù)載相連；根據(jù)用戶需要及供電網(wǎng)絡(luò)條件，將輸出電能接入大電網(wǎng)、儲(chǔ)能設(shè)備或本地建筑物用電網(wǎng)絡(luò)，如附圖5所示。

匯流控制器采用基于雙向同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的多道鎖相環(huán)技術(shù)，感知并控制雙向潮流，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)并網(wǎng)或孤島狀態(tài)供電的無(wú)縫連接，抑制因電網(wǎng)波動(dòng)或負(fù)載變化帶來(lái)的符合不平衡，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

儲(chǔ)能設(shè)備包含蓄電池與儲(chǔ)能控制器，接收系統(tǒng)產(chǎn)生的多余電能，補(bǔ)償因劇烈天氣變化而造成的系統(tǒng)電能輸出波動(dòng)；所述的儲(chǔ)能控制器通過(guò)概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Probabilistic Neural Network，PNN)方法進(jìn)行充放電管理，提高了蓄電池工作的穩(wěn)定性與工作壽命。

(6)分布式系統(tǒng)監(jiān)控

本發(fā)明所涉及的一種大型智能光伏屋頂系統(tǒng)，其自適應(yīng)分布式在線控制子系統(tǒng)(SDOMS)由分布式光伏屋頂監(jiān)控結(jié)點(diǎn)、集控中心監(jiān)控端、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中繼服務(wù)結(jié) 點(diǎn)、自適應(yīng)監(jiān)控應(yīng)用軟件組成。

分布式光伏屋頂監(jiān)控結(jié)點(diǎn)安裝在系統(tǒng)的各個(gè)關(guān)鍵組成設(shè)備上，獲取當(dāng)前系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并將狀態(tài)數(shù)據(jù)按照既定的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議上傳至集控中心監(jiān)控端或普適移動(dòng)監(jiān)控終端。

分布式光伏屋頂監(jiān)控結(jié)點(diǎn)通過(guò)本地光伏網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行供電，配有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)射熱點(diǎn)器件，采用無(wú)線方式進(jìn)行信息交互，支持無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)相融協(xié)議與工業(yè)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)服務(wù)構(gòu)架(Device Profile for Web Service，DPWS)；DPWS為自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中間件，兼容TCP/IP協(xié)議或其它專用工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的自主發(fā)現(xiàn)、事件訂閱、信息封裝、無(wú)縫鏈接等功能，且通過(guò)其安全信息映射機(jī)制保證監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，如附圖5所示。

集控中心監(jiān)控端安裝在建筑物控制室，通過(guò)DPWS服務(wù)方法進(jìn)行自主搜索，確認(rèn)當(dāng)前系統(tǒng)中處于運(yùn)行狀態(tài)的結(jié)點(diǎn)，并與其建立無(wú)線通信信道；通過(guò)建立的上述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信道，對(duì)系統(tǒng)中的各運(yùn)行結(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲取當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)上述狀態(tài)數(shù)據(jù)產(chǎn)生控制規(guī)則與操控指令。

本發(fā)明所涉及的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中繼服務(wù)結(jié)點(diǎn)采用當(dāng)?shù)毓夥娫垂╇?，為分布式光伏屋頂監(jiān)控結(jié)點(diǎn)與集控中心監(jiān)控端或普適移動(dòng)監(jiān)控終端提供信號(hào)中繼與功率增強(qiáng)服務(wù)，提高無(wú)線通信信道的抗干擾能力，確保信號(hào)傳輸在遭遇到異常電氣干擾條件下的高保真性。

自適應(yīng)監(jiān)控應(yīng)用軟件安裝在集控中心監(jiān)控端服務(wù)器上，通過(guò)DPWS自主發(fā)現(xiàn)與自主組網(wǎng)功能生成當(dāng)前運(yùn)行的設(shè)備結(jié)點(diǎn)列表；利用工業(yè)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)服務(wù)構(gòu)架的事件訂閱機(jī)制與自主觸發(fā)設(shè)計(jì)設(shè)備結(jié)點(diǎn)的控制接口，并在此基礎(chǔ)上為用戶提供操 控建議與工作日志打印等服務(wù)。

本發(fā)明所涉及的自適應(yīng)監(jiān)控應(yīng)用軟件支持嵌入式普適移動(dòng)終端，可安裝在手機(jī)等嵌入式移動(dòng)計(jì)算機(jī)上；系統(tǒng)工作人員可以在建筑物無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的任意地點(diǎn)獲得系統(tǒng)各個(gè)結(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)信息，提高了工作人員在系統(tǒng)維護(hù)過(guò)程中的工作靈活性。

最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。