CN105978476B - 一种逆变器 - Google Patents

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Abstract

本发明主要涉及种逆变器，包括储能电容以及第一、第二断路模块，其中：该第一断路模块连接在逆变器的第一输入节点和储能电容的第一端之间，该第二断路模块连接在逆变器的第二输入节点和储能电容的第二端之间，该第一和第二断路模块的接通或关断由逆变器的一个第二控制器控制；逆变器还包括一个指令单元，用于在与逆变器的第一输入节点相连的传输线路上和/或在与逆变器的第二输入节点相连的传输线路上发送通信载波，以实现逆变器向外发送指令信息。

Description

一种逆变器
技术领域
本发明主要涉及光伏发电的电力装置，确切地说，是采用了在每个光伏组件中都使用了多级光伏电池串和作为功率优化器的多级电压转换电路的方案，使得任意一级电压转换电路均可以单独对与其对应的一个电池串执行独立的最大功率点追踪演算，以确保整个太阳能发电系统输出功率的稳定。
背景技术
随着能源的短缺和科学技术的发展，新能源得到了越来越广泛的应用，由于光伏发电安全可靠、运行费用少、维护简单、随处可用等特点，使得光伏发电在世界范围内得到了快速的发展，尤其在解决偏远地区的用电问题上发挥着不可或缺的作用。光伏电池的输出特性受到外界温度、光照辐射强度的影响而发生很大的变化，使光伏电池始终能够输出最大的功率以便我们更有效地利用太阳能是光伏发电系统的基本要求。要从太阳能面板输出期望的最大功率，最重要是找到最大功率点(MPPT)，使电池板的输出电压和输出电流保持在这个预期的最大功率点。最大功率点的变化通常与辐照强度和环境温度有关，所以亟待解决的难题是，当太阳能面板的环境变化时，须动态追踪的这些参数变化，才能屏除外部环境因素，确保太阳能面板工作在最大功率点上。
在现行的光伏功率优化方式中，几乎都是在光伏组件级执行优化，实际上每个光伏组件通常会包括多个由光伏电池串接构成的电池串(Photovoltaic cell string)，在光伏组件级进行优化意味着不会单独对每一个独立的电池串进行优化。当出现同一串电池板因为产品一致性问题不好，或发生阴影遮挡等因素导致部分电池不能正常发电时，整串的光伏电池效率损失很严重，而且逆变器尤其是集中式的逆变器接入的电池板阵列很多时，会导致各个组串的电池板不能够在自己的最大功率点运行，这些都是电能和发电量的损失。因此本申请后文介绍的功率优化器主要就是解决或者说是缓解这些问题，实现在电池串级别进行功率优化，来为每个光伏电池串搭载主动式功率优化器，导入最大功率点追踪以确保太阳能系统输出功率的稳定和功率的最大优化。
发明内容
在本发明的一个实施例中，披露了一种带有功率优化器的光伏发电系统，包括多级光伏电池串和多级功率优化器，每一级功率优化器都包括多级BUCK电路；其中，在每一级功率优化器中：任意一级BUCK电路的第一和第二输入端分别耦合到与其对应的一级光伏电池串的正极端和负极端；任意一级BUCK电路的一个输出电容连接在该任意一级BUCK电路的第一输出节点和第二输出节点之间；设定多级BUCK电路中任意后一级BUCK电路的第一输出节点和与之相邻的前一级BUCK电路的第二输出节点相连；藉此在每一级功率优化器的多级BUCK电路中，首个第一级BUCK电路的第一输出节点定义为这一级功率优化器的第一等效输出端，末尾的最后一级BUCK电路的第二输出节点定义为这一级功率优化器的第二等效输出端；并且多级所述功率优化器相互串联，设定多级所述功率优化器中任意后一级功率优化器的第一等效输出端和与之相邻的前一级功率优化器的第二等效输出端相连；从而在多级所述功率优化器的第一级所述功率优化器的第一等效输出端和最后一级所述功率优化器的第二等效输出端之间形成多级所述功率优化器的总输出电压。
上述的带有功率优化器的光伏发电系统，任意一级所述功率优化器还包括一个通信电路，用于在与每个功率优化器的第一级BUCK电路的第一输出节点相连的传输线路上和/或在与最后一级BUCK电路的第二输出节点相连的传输线路上形成通信载波，以实现每一级所述功率优化器向外发送通信信息。
上述的带有功率优化器的光伏发电系统，通信电路包括一个第一开关和一个旁路电阻及旁路电容；旁路电阻和旁路电容先并联后它们再与该第一开关串接在每一级功率优化器的第一级BUCK电路的第一输出节点和最后一级BUCK电路的第二输出节点之间。
上述的带有功率优化器的光伏发电系统，每一级功率优化器还包括第一控制器，在每一级功率优化器发送通信信息的阶段，该第一控制器输出的驱动信号控制原本关断的第一开关接通后又关断，以便在第一开关接通的时刻产生流经该通信电路的载波电流，注入到与每个所述功率优化器的第一级BUCK电路的第一输出节点相连的传输线路上和/或注入到与最后一级BUCK电路的第二输出节点相连的传输线路上以形成通信载波。
上述的带有功率优化器的光伏发电系统，每一级所述功率优化器还包括可设置在它的任意一级BUCK电路中的第二开关；
该第二开关和每个所述功率优化器中任意一级BUCK电路的输出电容一起串接在该任意一级BUCK电路的第一输出节点和第二输出节点之间。
上述的带有功率优化器的光伏发电系统，在每个所述功率优化器发送通信信息之前，该功率优化器中的第一控制器输出的驱动信号控制原本接通的第二开关予以关断，直至所述功率优化器结束发送通信信息程序之后，该第二开关才被接通。
上述的带有功率优化器的光伏发电系统，还包括用于将多级所述功率优化器输出的直流电转换成交流电的逆变器。
上述的带有功率优化器的光伏发电系统，所述逆变器还包括检测模块，用于从流经该传输线路上的电流中提取所述通信载波。
上述的带有功率优化器的光伏发电系统，所述检测模块是高频传感器、带通滤波器、编解码器中的任意一种。
上述的带有功率优化器的光伏发电系统，还包括用于将多级所述功率优化器输出的直流电转换成交流电的逆变器，所述逆变器具有储能电容以及第一、第二断路模块，并且所述逆变器还包括：耦合到多级所述功率优化器中第一级所述功率优化器的第一等效输出端的一个第一输入节点；耦合到多级所述功率优化器中最后一级所述功率优化器的第二等效输出端的一个第二输入节点；该第一断路模块连接在第一输入节点和储能电容的第一端之间，该第二断路模块连接在第二输入节点和储能电容的第二端之间，该第一和第二断路模块的接通或关断由所述逆变器的一个第二控制器控制。
上述的带有功率优化器的光伏发电系统，所述逆变器还包括一个指令单元，用于在与所述逆变器的第一输入节点相连的传输线路上和/或在与所述逆变器的第二输入节点相连的传输线路上发送通信载波，以实现所述逆变器向外发送指令信息。
上述的带有功率优化器的光伏发电系统，该指令单元具有串接在所述逆变器的第一和第二输入节点之间的电阻和第三开关。
上述的带有功率优化器的光伏发电系统，在该指令单元发送指令信息的阶段，所述第二控制器输出的驱动信号控制原本关断的第三开关接通后又关断，以便在第三开关接通的时刻产生流经该指令单元的载波电流，注入到与所述逆变器的第一输入节点相连的传输线路上和/或在与所述逆变器的第二输入节点相连的传输线路上以形成通信载波。
上述的带有功率优化器的光伏发电系统，在逆变器向任意一级所述功率优化器发送第一指令信息时，任意一级所述功率优化器通过一个检测模块从流经该传输线路上的电流中提取所述通信载波，并且由任意一级功率优化器的第一控制器接收该第一指令信息。
上述的带有功率优化器的光伏发电系统，所述检测模块是高频传感器、带通滤波器、编解码器、分流器中的任意一种。
上述的带有功率优化器的光伏发电系统，所述第一指令信息是关机指令，在所述逆变器向任意一级所述功率优化器发送关机指令信息之前，所述第二控制器先控制第一和第二断路模块切换成关断状态。
上述的带有功率优化器的光伏发电系统，在所述逆变器向任意一级功率优化器发送关机指令信息后，并在多组BUCK电路进入关机或休眠状态之后，第二控制器控制所述第三开关切换成接通状态，和/或所述第一控制器控制所述第一开关切换成接通状态。
上述的带有功率优化器的光伏发电系统，在所述逆变器控制多级所述功率优化器开机时，该第二控制器先控制该第一和第二断路模块接通，在每一级所述功率优化器的第一控制器侦测到自身这一级所述功率优化器接收到该逆变器传输来的电压和/或电流时，该第一控制器控制每一级所述功率优化器的多组BUCK电路开始执行电压转换功能从而退出关机或休眠状态。
上述的带有功率优化器的光伏发电系统，任意一级所述功率优化器还包括一个检测模块，用于从串联起多级所述功率优化器的传输线路上所流过的电流中提取其他所述功率优化器发出的所述通信载波，以实现不同所述功率优化器之间的相互通信。
在本发明的一个实施例中，公开了一种功率优化器，用于对一级或多级光伏电池串进行电压转换，包括一级或多级BUCK电路，其中：任意一级BUCK电路的第一和第二输入端分别耦合到与其对应的一级光伏电池串的正极端和负极端；以及任意一级BUCK电路的一个输出电容连接在该任意一级BUCK电路的第一输出节点和第二输出节点之间；当光伏电池串和BUCK电路的数量均为一级时，从而在单级的BUCK电路的第一输出节点和第二输出节点之间提供该单级光伏电池串的输出电压；或者当光伏电池串和BUCK电路的数量均为多级时，设定多级BUCK电路中任意后一级BUCK电路的第一输出节点和与之相邻的前一级BUCK电路的第二输出节点相连，从而在多级BUCK电路中的首个第一级BUCK电路的第一输出节点和末尾的最后一级BUCK电路的第二输出节点之间形成该多级光伏电池串的总输出电压。
上述的功率优化器，所述功率优化器还包括一个通信电路；当光伏电池串和BUCK电路的数量均为一级时，此时该通信电路连接在单级BUCK电路的第一输出节点和第二输出节点之间；当光伏电池串和BUCK电路的数量均为多级时，此时单该通信电路连接在第一级BUCK电路的第一输出节点和最后一级BUCK电路的第二输出节点之间。
上述的功率优化器，通信电路包括一个第一开关和一个旁路电阻及一个旁路电容；当光伏电池串和BUCK电路的数量均为一级时，该旁路电阻和旁路电容先并联后它们再与第一开关串接在单级的BUCK电路的第一和第二输出节点间，该通信电路用于在与单级的BUCK电路的第一和/或第二输出节点相连的传输线路上形成通信载波；或当光伏电池串和BUCK电路的数量均为多级时，该旁路电阻和旁路电容先并联后它们再与第一开关串接在第一级BUCK电路的第一输出节点和最后一级BUCK电路的第二输出节点之间，该通信电路用于在与第一级BUCK电路的第一输出节点相连的传输线路上和/或在与最后一级BUCK电路的第二输出节点相连的传输线路上形成通信载波。
上述的功率优化器，功率优化器还包括一个第一控制器，在功率优化器发送通信信息的阶段，该第一控制器输出的驱动信号控制原本关断的第一开关接通后又关断，以便在第一开关接通的时刻产生流经通信电路的载波电流，注入传输线路上以形成通信载波。
上述的功率优化器，功率优化器还包括可设置在任意一级BUCK电路中的第二开关；该第二开关和任意一级BUCK电路的输出电容一起串接在该任意一级BUCK电路的第一输出节点和第二输出节点之间。
上述的功率优化器，在该功率优化器发送通信信息之前，该第一控制器输出的驱动信号控制原本接通的第二开关关断，直至该功率优化器结束发送通信信息程序之后，该第二开关才被接通。
上述的功率优化器，每一级BUCK电路都包括连接在它的第一输入端和第一输出节点之间的主开关和电感，该主开关和该电感两者相连于一个互连节点处；以及
还在该互连节点与第二输入端之间连接有一个续流开关，其中每一级BUCK电路的第二输入端和第二输出节点相连。
上述的功率优化器，还包括一个检测模块；当光伏电池串和BUCK电路的数量均为一级时，检测模块从与单级BUCK电路的第一输出节点和/或第二输出节点相连的传输线路上提取通信载波；或者当光伏电池串和BUCK电路的数量均为多级时，检测模块从与第一级BUCK电路的第一输出节点相连的传输线路上和/或与最后一级BUCK电路的第二输出节点相连的传输线路上提取通信载波。
上述检测模块是高频传感器、带通滤波器、编解码器、分流器中的任意一种。
上述的功率优化器，在检测模块侦测到关机或休眠指令信息后，由所述功率优化器的第一控制器接收该指令信息，当第一控制器控制BUCK电路进入关机状态之后，由第一控制器控制所述第一开关切换成接通状态。
在本发明的一个实施例中，公开了一种逆变器，包括储能电容以及第一、第二断路模块，其中：该第一断路模块连接在所述逆变器的第一输入节点和储能电容的第一端之间，该第二断路模块连接在所述逆变器的第二输入节点和储能电容的第二端之间，该第一和第二断路模块的接通或关断由所述逆变器的一个第二控制器控制；所述逆变器还包括一个指令单元，用于在与所述逆变器的第一输入节点相连的传输线路上和/或在与所述逆变器的第二输入节点相连的传输线路上发送通信载波，以实现逆变器向外发送指令信息。
上述的逆变器，该指令单元具有串接在所述逆变器的第一和第二输入节点之间的电阻和第三开关。
上述的逆变器，在该指令单元发送指令信息的阶段，所述第二控制器输出的驱动信号控制原本关断的第三开关接通后又关断，以便在第三开关接通的时刻产生流经该指令单元的载波电流，注入到与所述逆变器的第一输入节点相连的传输线路上和/或在与所述逆变器的第二输入节点相连的传输线路上以形成通信载波。
上述的逆变器，在所述逆变器发送指令信息之前，所述第二控制器先控制第一和第二断路模块切换成关断状态，由与所述逆变器的第一输入节点相连的传输线路和与所述逆变器的第二输入节点相连的传输线路上加载的电压源为所述指令单元供电。
上述的逆变器，所述指令信息是关机指令信息，在所述逆变器发送指令信息后，且接收关机指令信息的对象关机之后，所述第二控制器控制所述第三开关切换成接通状态，以将加载在与所述逆变器的第一输入节点相连的传输线路上和/或加载在与所述逆变器的第二输入节点相连的传输线路上的残余电量释放。
上述的逆变器，所述逆变器还包括检测模块，用于侦测任意谐波源发送到与第一或第二输入节点相连的传输线路上的外部通信载波，以实现所述逆变器从外部接收通信信息。
上述逆变器，检测模块是高频传感器、带通滤波器、编解码器、分流器中的任意一种。
在本发明中，光伏优化器互相之间可实现通信，从而得知每个光伏组件(甚至电池片串级别)的工作状态和得知整个光伏系统的电压。逆变器通过罗氏线圈、带通滤波器、解调等实现对每个光伏组件的检测，并且这个电路还集成了电弧检测功能。逆变器还可以实现对光伏优化器发布命令，通过调整干扰电流让光伏优化器智能关机，通过个慢慢的加载电压通知它们智能开机等。此外逆变器通过电流的方式通知光伏优化器关机，或者说进入保护模式，这个加载电流的电路同时也可以用作逆变器自己内部电容的放电电路。在本发明中可以实现长光伏组串模式，即每个光伏优化器控制自己的输出电压，保证每个整个光伏组串可以串联更多的光伏组件，不至于像传统的光伏组串由于低温开路情况下输出的电压过高，导致逆变器需要更多的输入电压余量。
这些方案带有的优势例如：提高整个发电系统的发电效率，局部光伏损坏和遮挡或光伏电池的不一致性、安装不一致性等负面因素对系统的发电效率没有影响，也实现了电池片串级的优化，深度挖掘了系统效能，还对每个电池组件的各种参数通过通信的方式而达到可观测性。也实现了光伏系统的安全性，出现故障或维修时，光伏组串可关断，输出电压为零。提高了每个光伏组串的串联数量，节省了系统的布线成本。提高了光伏组件的抗热斑能力，这样提高了电池片的寿命。
附图说明
阅读以下详细说明并参照以下附图之后，本发明的特征和优势将显而易见：
图1是含多个光伏电池串的光伏组件。
图2是带有BUCK电路的多级优化器对多级电池串进行电压转换的拓扑。
图3是利用BUCK电路转换光伏电池的电压为负载供电的示意图。
图4是基于BUCK电路和负载视为一个等效的可变电阻的示意图。
图5是在第二级BUCK电路的一对输出端之间与输出电容串联一个开关。
图6是在第一级BUCK电路的一对输出端之间与输出电容串联一个开关。
图7是在通信电路中并联的旁路电阻和电容可以和旁路开关对调位置。
图8是利用更多级的BUCK电路和电池串的示意图。
图9是利用更多的光伏组件并网输送电压源给同一个逆变器的示意图。
图10是采用分流器而不是罗氏线圈传感器的示意图。
图11是单级BUCK电路对单级光伏电池串进行电压转换的示意图。
图12是多个优化器相互串联在输出电压/电流到逆变器的示意图。
图13是通信电路和指令单元的可选拓扑的示意图。
具体实施方式
参见图1，以光伏组件上布置的电池串CELL-ST1～CELL-ST3为例来阐释本发明的发明精神，注意这里光伏板上电池串的具体数量仅仅是便于我们叙述，而不代表本发明仅仅受限于所列的具体数量。电池串CELL-ST1具有多个相互串接的光伏电池10，串接方式一般是后一个光伏电池10的阳极连接到其相邻的前一个光伏电池10的阴极，设定电池串中首个光伏电池10的阳极作为整个电池串CELL-ST1的等效阳极A1，和设定电池串中最末尾的一个光伏电池10的阴极作为整个电池串CELL-ST1的等效阴极C1。按相同的道理，电池串CELL-ST2具有等效阳极A2和等效阴极C2，电池串CELL-ST3具有等效阳极A3和等效阴极C3。在常规使用中，需要将电池串CELL-ST1的等效阴极C1与电池串CELL-ST2的等效阳极A2相连，和将电池串CELL-ST2的等效阴极C2与电池串CELL-ST3的等效阳极A3相连。从整体上审视光伏组件，它的一个用于与外部电路相连的正极端AEQ和等效阳极A1相连，它的一个用于与外部电路相连的负极端CEQ和等效阴极C3相连，在正极端AEQ和负极端CEQ间的压降为储能元件充电。
参见图1，为了避免任意一个电池串内部的电池板发生损坏或其他异常情形而导致整个光伏组件无法正常工作，还会在电池串CELL-ST1的等效阳极A1和等效阴极C1之间连接一个二极管D1，二极管D1的阳极连接在等效阴极C1而阴极则连接到等效阳极A1使二极管D1反偏。类似的还有一个二极管D2的阳极连接在等效阴极C2而阴极则连接到等效阳极A2，以及一个二极管D3的阳极连接在等效阴极C3而阴极则连接到等效阳极A3。在电池串CELL-ST1至CELL-ST3工作正常时，二极管D1～D3被反偏，但是当其中一个电池串中的某些光伏电池10被物理创伤损坏或被遮光时，该电池串会发生所谓的热斑效应，受影响的电池片可能被置于反偏状态和消耗功率并引起过热。但是如果我们采用了二极管D1～D3，对被遮挡的电池串而言绝大部分电流将会流经和电池串并联的二极管，可以显著的降低热斑电池串的温度而防止整个光伏组件的损坏报废。
光伏电池的利用率主要受两方面的影响：(1)光伏电池的内部特性；(2)光伏电池的周边使用环境如阳光辐照度、负载状况和温度条件。在不同的外界条件下，光伏电池可运行在不同且唯一的最大功率点(Maximum Power Point)上。因此对于光伏电池的发电系统来说，应当寻求任何光照条件下光伏电池的实时最优工作状态，以最大限度地将光能转化为电能。例如针对图1的光伏组件而言，优化和跟踪光伏电池的最大功率点，一般手段是优化光伏组件整体的输出电压和输出电流，计算出太阳能阵列的输出功率，并实现对最大功率点的追踪。这种优化模式的缺陷是，只考虑优化光伏组件整体的输出而不对单个电池串进行优化，但实际情况却是，电池串CELL-ST1至CELL-ST3它们彼此之间存在着个体之间的光伏特性差异，例如在同样的光照条件下它们各自输出的电压水准就未必完全相同，那么仅仅对整个光伏组件的整体进行最大功率点跟踪就不一定是理想的功率输出状态。本申请在后文中将竭力克服该疑虑，并介绍如何单独对CELL-ST1或CELL-ST2或CELL-ST3进行独立的优化，实现最大限度地将光能转化为电能。
参见图2，第一个电池串CELL-ST1利用第一个降压式的BUCK变换电路BUCK1来产生期望的电压输出，BUCK1电路中电感L1和电容cap1组成低通滤波器，BUCK1电路的第一输入节点连接到电池串CELL-ST1的等效阳极A1，BUCK1电路的第二输入节点连接到CELL-ST1的等效阴极C1，开关S11和电感L1串联在BUCK1电路的第一输入节点和第一输出节点B1N1之间。其中开关S11的一端和BUCK1电路的第一输入节点相连，但是开关S11的相对另一端和BUCK1电路的第二输入节点(或者第二输出节点B1N2)之间连接有另一个开关S12。电容cap1连接在BUCK1电路的第一输出节点和第二输出节点之间。该变换电路的基本原理是：BUCK1电路的第一和第二输入端从第一个电池串CELL-ST1的阳极和阴极间撷取到电源，在开关周期内，让开关S11接通并关闭S12，电感L1的电流增加并为电容cap1充电，再让开关S11关断和接通S12，则电感L1的电流减小并开始释放能量，此时接通S12续流。
按照相同的道理，可以参见图8所示，在更具代表性的阐述中可以认为：任意的第N个电池串CELL-STN利用第N个降压式的BUCK变换电路BUCKN来产生期望的电压输出(N为≥1的自然数)，第N个BUCKN降压电路中一个电感LN和一个电容capN组成低通滤波器，该第N个BUCKN电路的第一输入节点连到第N个电池串CELL-STN的等效阳极AN，该第N个BUCKN电路的第二输入节点连接到第N个CELL-STN的等效阴极CN，开关SN1和电感LN串联在BUCKN电路的第一输入节点和第一输出节点BNN1之间。其中开关SN1的一端耦合到第N个BUCKN电路的第一输入节点，开关SN1的相对另一端和第一输出节点BNN1之间连接了该电感LN，并且开关SN1的该相对另一端和该第N个BUCKN电路的第二输入节点(或者第二输出节点BNN2)之间还连接有另一个开关SN2。该电容capN连接在该第N个BUCKN电路的第一输出节点BNN1和第二输出节点BNN2之间。开关SN1和SN2这两者中一者接通时另一者关断。
本申请的光伏优化器可归纳为：在N级光伏电池串和N级BUCK电路中，任意第K级BUCK电路包括用于低通滤波的电感LK和电容CAPK，自然数K满足N≥K＞1，任意第K级BUCK电路的电容CAPK连接在第K级BUCK电路的第一输出节点BKN1和第二输出节点BKN2之间。第K级光伏电池串提供的电压对应输出在第K级BUCK电路的第一输出节点BKN1和第二输出节点BKN2间。此外，还设置任意后一级BUCK电路的第一输出节点BKN1和与之相邻的前一级BUCK电路的第二输出节点B(K-1)N2相连，从而我们可以在首个第一级BUCK电路的第一输出节点B1N1和末尾的最后第N级BUCK电路的第二输出节点BNN2之间，产生和提供该N级光伏电池串的总输出电压。这里光伏电池串的总级数等于BUCK电路的总级数。从光伏组件的外部来观察，与第一级BUCK电路的第一输出节点B1N1相连的正极端AEQ以及与第N级BUCK电路的第二输出节点BNN2相连的一个负极端CEQ作为整个光伏组件的一对输出端口。
参见图2，优化器除了包括N级BUCK电路外，还至少包括一个例如MCU的第一控制器110，针对第一个电池串CELL-ST1和第一级BUCK1电路而言，第一控制器110发送的脉冲宽度调制信号PWM驱动开关S11和开关S12在关断和接通之间切换，调制开关S11和S12各自的占空比，以便实现最大功率点追踪。
参见图3～4，为了理解最大功率点追踪的大体过程，我们粗略的模拟光伏电池的应用情景。假使设定光伏电池包括一个直流电源US和一个等效的可调电阻R1，电压U1是模拟光伏电池的输出电压，电压U1作为降压BUCK电路的输入电压，降压BUCK电路的输出电压为UO，BUCK输出的电压UO施加在等效负载R2上，流经负载的电流为IO，BUCK电路的平均输入电流为I1，而且D是开关S1接通的占空比。在BUCK电路中基本满足关系式U1×I1＝UO×IO＝(UO)2/R2，而UO＝D×U1，并且BUCK变换器和负载在理想情况下视为一个等效的可变电阻REQ，REQ＝U1/I1，因此计算出REQ＝U1/I1＝R2/D2，这证明了外部的等效电阻的大小值可以根据调节占空比D来实现调节。如果用P来描述模拟光伏的输出功率，则P＝U1×US/(R1+REQ)，U1＝REQ×US/(R1+REQ)，将函数关系式中的REQ消去则P＝－(U1)2/R1+US×U1/R1，在较为理想的近似处理方案中假定REQ＝R1时光伏电池可以获得最大的功率输出PMAX＝(US)2/4R1。调整占空比D实际上相当于调整输出负载阻抗大小的作用，也意味着占空比D决定了内阻和外阻的匹配程度，从而我们能够实时调整占空比D来实现最大功率MPPT优化追踪。值得注意的是，图3和图4的近似处理是为了证明第一控制器110发送的PWM信号驱动开关S11和开关S12在切换时，可以通过调制开关S11/S12的占空比来实现最大功率点追踪，但这不表明在本发明中BUCK电路的实际运行参数一定受限于这些近似处理的函数关系式。另外，鉴于本领域的技术人员已经知晓PWM实现最大功率MPPT优化追踪的多种途径，所以本申请将这些途径视为已知技术，如中国专利申请CN202444444U、CN201608672U对此有所记载。
基于上文的叙述，在某一个光伏组件的电池串CELL-ST1至CELL-ST3中，任意一个电池串都能够利用BUCK电路来单独的执行最大功率点追踪命令，从而实现了电池串级别的功率优化，这是本领域的技术人员乐见其成的。在现有技术中绝大部分是对光伏组件的最终输出电压进行功率优化，因此无法最大限度的发挥每个电池串的效率，但是本发明很好的解决了该疑虑。尤其是电池串局部光伏损坏或者被遮挡住光线，或是由于光伏串之间的特性不一致、安装差异等负面的不利因素带来的发电效率低下问题也被解决了，提高了整个发电系统的发电效率，深度优化了发电系统的能效。
在光伏逆变领域，光伏组件产生的直流电压源需要被转换成交流电才能实现并网，光伏逆变器的作用就是将太阳能电池提供的直流电能转变成交流电能，以满足交流负载或设备供电及并网的需求，逆变器通常有单相或三相甚至多相等逆变方式。为了简单的解释逆变器的作用，在图2中示范性的展示了一个三相全桥主功率转换电路170(也可以是单相或两相及多相)，三相全桥主功率转换电路170前一级使用的常规EMC滤波器和后一级使用的三相LC滤波器等都被省略了，转换电路170可以将逆变器中电容CDC上存储的直流电压转换成交流电，其中转换电路170的各个构成逆变桥的开关管的接通或关断主要由逆变器的一个控制器140发送的脉冲宽度调制信号PWM进行驱动和控制。由于逆变器(Inverter)的转换电路170的作用就是将直流电逆变转换成交流电，它的可替代类型在现有技术中对本领域的技术人员来说已经较为熟知，因此不予详细赘述。
逆变器往往不止对某一个带有多个光伏串的光伏组件进行电压转换，而是会同时对不同的多个光伏组件进行电压转换，因此在本发明中，除了优化器和光伏逆变器之间的存在信息交互/通信之外，不同的优化器之间也还存在着信息交互/通信。为了实现这种相互之间的通信机制，图2示意出了一个可实现通信的范例，第一级BUCK1电路的第一输出节点B1N1和最末的第3级BUCK3电路的第二输出节点B3N2之间串联有一个通信电路，该通信电路包括并联的旁路电容CBY和旁路电阻RBY，还包括一个开关器件SBY，其中旁路电容CBY和旁路电阻RBY先并联后它们再和开关器件SBY串联在第一输出节点B1N1和第二输出节点B3N2之间。例如旁路电容CBY和旁路电阻RBY各自的一端互连后再连接到第一输出节点B1N1上，旁路电容CBY和旁路电阻RBY各自的相对另一端互连后再连接到开关器件SBY的一个端子，开关器件SBY的另一个端子连接到第二输出节点B3N2上，注意开关器件SBY是任意类型的电子开关，它的一对输入/输出端子间的连通或关断受到施加于它的控制端的信号的驱动或控制。在图2的实施例中，优化器的第一控制器110发出的驱动信号除了控制BUCK1的开关S11～S12、BUCK2的开关S21～S22、BUCK3的开关S31～S32之外，第一控制器110发出的驱动信号还要驱动开关SBY的连通或关断。虽然图中没有示意出来，但第一控制器110可以检测BUCK1～BUCK3各自的输出电压和输出电流等情况，这些信息第一控制器110如何传递给逆变器的第二控制器140或者是第一控制器110如何接收第二控制器140发出的信息，是本文后续内容即将讨论的。
参见图2，在包括旁路电容CBY、旁路电阻RBY和开关SBY的通信电路中，可以先保持开关SBY处于关断的状态，如果第一控制器110试图与外部进行信息交互，第一控制器110发送的驱动信号快速从第一逻辑状态(例如低电平)跳转成第二逻辑状态(例如高电平)然后又回到第一逻辑状态，从而在高电平驱动下会接通的开关SBY被接通又关断。或者第一控制器110发送的驱动信号快速从第一逻辑状态(例如高电平)跳转成第二逻辑状态(例如低电平)然后又回到第一逻辑状态，从而在低电平驱动下会接通的开关SBY被接通又关断，开关SBY的该关-开-关过程可以重复多次。可以认为，在控制开关SBY的驱动信号具有近乎瞬态跳转的上升沿或下降沿时刻，将会接通开关SBY而产生流经通信电路的谐波或称载波电流，该载波将会注入到连接在第一输出节点B1N1或者连接在第二输出节点B3N2上的传输线路上。可以利用各种载波检测模块120(例如空心线圈传感器或高频互感器、带通滤波器、解编码器)从流经传输线路上的电流信息中提取通信电路发送的载波信号进行解调。例如逆变器或者其他的光伏组件可以利用载波检测模块120检测某个利用通信电路发送信息的特定光伏组件所发出的载波信息。这种载波信息可以按照当前指定的各种通信协议被转换成二进制码元进行信息的交互。
参见图2，在一个较佳的实施例中，除了在第三级BUCK3电路的第一输出节点B3N1和第二输出节点B3N2之间连接有电容cap3之外，还有一个开关S33和该电容cap3串联，它们两者共同串联在第一输出节点B3N1和第二输出节点B3N2之间，电容cap3的一端连接第一输出节点B3N1而它的相对一端和第二输出节点B3N2间连接该开关S33，但实际上开关S33和电容cap3的位置可以对调，也即作为可选项，开关S33的一端连接第一输出节点B3N1而其相对的一端和第二输出节点B3N2之间连接该电容cap3。在优化器的正常运作阶段，BUCK1电路对电池串CELL-ST1的阳极A1端和阴极C1端输出的电压源进行降压转换，产生的输出电压落在BUCK1电路的第一输出节点B1N1和第二输出节点B1N2间；同样，BUCK2电路对电池串CELL-ST2的阳极A2端和阴极C2端输出的电压源进行降压转换，产生的输出电压落在BUCK2电路的第一输出节点B2N1和第二输出节点B2N2间；以及BUCK3电路对电池串CELL-ST3的阳极A3端和阴极C3端输出的电压源进行降压转换，产生的输出电压落在BUCK3电路的第一输出节点B3N1和第二输出节点B3N2间。按照上文介绍的拓扑设计方式，第一级的BUCK1电路的第二输出节点B1N2和第二级的BUCK2电路的第一输出节点B2N1相连，第二级的BUCK2电路的第二输出节点B2N2和第三级的BUCK3电路的第一输出节点B3N1相连，所以可以认为第一级BUCK1的电容cap1、第二级BUCK2的电容cap2、第三级BUCK3的电容cap3依次串联在第一级BUCK1的第一输出节点B1N1和第三级BUCK3的第二输出节点B3N2之间，可能的情况是，通信电路中开关SBY在进行接通/关断的切换时，由于电容cap1和电容cap2及电容cap3三者串联后再和通信电路并联，电容cap1～cap3上的电压过大导致引发的载波信号微弱甚至无法形成有效的载波，所以还额外设计了上文的开关S33。在优化器不启用通信电路、BUCK1～BUCK3电路正常运行的阶段，开关S33受到第一控制器110的控制处于一直接通的状态，仅仅当优化器准备启用通信电路而接通开关SBY的情况时，较佳的由第一控制器110将开关S33予以关断(通讯阶段)，将原本正常连接在第一级BUCK1的第一输出节点B1N1和第三级BUCK3的第二输出节点B3N2之间的电容串cap1～cap3，从第一输出节点B1N1和第二输出节点B3N2之间形成断路，而后再接通开关SBY的瞬时，就会在和第一输出节点B1N1或第二输出节点B3N2相连的用于提供电压的电压传输线上产生较为明显并且容易被检测模块120捕捉到的载波信号。
参见图5～6，是在图2的基础上略微改动的拓扑，在图2中一个开关S33和一个电容cap3共同串联在BUCK3电路的第一输出节点B3N1和第二输出节点B3N2之间，但是在图5的实施例中，BUCK3电路的开关S33被摒弃，取而代之的是在BUCK2电路的第一输出节点B2N1和第二输出节点B2N2之间串联一个开关S23和一个电容cap2。在图6的实施例中，BUCK2～BUCK3电路的开关S23和S33被摒弃，取代的是在BUCK1电路的第一输出节点B1N1和第二输出节点B1N2之间串联一个开关S13和一个电容cap1。无论是图5～6中的哪一种拓扑，当优化器启用通信电路准备接通开关SBY时，较佳的由第一控制器110将开关S13(或S23或S33)关断，再切换开关SBY让它进行接通和关断程序，来执行通信电路的通信过程，而且通信电路在完成通信后，应该关断开关SBY和接通开关S13(或S23或S33)。参见图7，是在图2的基础上略微改动的拓扑，其中旁路电容CBY和旁路电阻RBY各自的一端互连后再一并连接到第二输出节点B3N2上，以及旁路电容CBY和旁路电阻RBY各自的相对另一端互连后再一并连接到开关器件SBY的一个端子，开关器件SBY的另一个端子对应连接到第一输出节点B1N1上。相当于通信电路中旁路电容CBY和旁路电阻RBY两者与开关器件SBY的位置相对图2进行对调。图7的优化器还可以将各级BUCK电路中的续流开关(例如图2中的S12、S22、S32)替换成续流二极管。注意BUCK1中的S12用二极管D12代替，开关S11和电感L1串联在BUCK1电路的第一输入节点和第一输出节点B1N1之间，但开关S11和电感L1相互连接的节点和BUCK1电路的第二输入节点(或第二输出节点B1N2)之间连接有二极管D12。其中开关S11的一端和BUCK1电路的第一输入节点相连，二极管D12的阴极连接到开关S11的相对另一端上，二极管D12的阴极也还连接到开关S11和电感L1互连的节点处，二极管D12的阳极则连接到BUCK1电路的第二输入节点(或第二输出节点B1N2)上。相同的道理，BUCK2电路中用二极管D22代替开关S22，BUCK3电路中用二极管D32代替开关S32，由于BUCK2～BUCK3的电路结构和BUCK1类似，因此不予赘述。
上文已经介绍，逆变器基于各种原因需要和优化器进行信息交互，譬如对优化器下达各种指令要求优化器执行对应的命令，所以在本发明中还为逆变器设计了指令单元。参见图9所示，基于转换三级电池串和三级BUCK电路提供的电源电压，逆变器包括一个储能电容CDC，其中，电能在与第一级BUCK1电路的第一输出节点B1N1相连的电压传输线LINA和在与最末级的BUCK3电路的第二输出节点B3N2相连的电压传输线LINB上进行传输，注意这里传输的电能应当是电池串CELL-ST1至CELL-ST3共同产生的光伏电源电压，而且逆变器的电容CDC两端对应耦合到该一对电压传输线LINA～LINB上并接收它们传输的电能。逆变器的指令单元包括电阻RINS和开关SINS，电阻RINS和开关SINS串联，并且它们串联在与第一级BUCK1的第一输出节点B1N1相连的电压传输线LINA和与第三级BUCK3的第二输出节点B3N2相连的电压传输线LINB之间。除此之外，假设逆变器具有一个第一输入节点NIN1和一个第二输入节点NIN2，第一输入节点NIN1通过传输线LINA耦合到第一级BUCK1的第一输出节点B1N1，对应的第二输入节点NIN2通过传输线LINB耦合到最末级的BUCK3的第二输出节点B3N2，电阻RINS和开关SINS就串接在第一输入节点NIN1和第二输入节点NIN2间。此外还在第一输入节点NIN1和逆变器的电容CDC的一端之间连接有第一断路模块180A，以及在第二输入节点NIN2和逆变器的电容CDC的相对另一端之间连接有第二断路模块180B。其中，第一断路模块180A包括有开关SD1和开关SD2及电阻RD1，设开关SD2及电阻RD1两者先串联后它们再和另一个开关SD1并联，相当于开关SD1直接连在第一输入节点NIN1和电容CDC的第一端之间，而串接的开关SD2及电阻RD1也连在第一输入节点NIN1和电容CDC的第一端之间。按照相同的原理，第二断路模块180B包括有开关SD3和开关SD4及电阻RD2，设开关SD4及电阻RD2两者先串联后它们再和另一个开关SD3并联，相当于开关SD3直接连在第二输入节点NIN2和电容CDC的第二端之间，而串接的开关SD4及电阻RD2也连在第二输入节点NIN2和电容CDC的第二端之间。第一断路模块180A和第二断路模块180B各自的各个开关的接通或关断都由逆变器的第二控制器140驱动，以及指令单元中的开关SINS的接通或关断也由逆变器的第二控制器140驱动。最终在电容CDC的第一端和第二端之间存储了期望的直流电源，对于逆变器而言，与电容CDC的第一端相连的直流电输出端子AINV和与电容CDC的第二端相连的直流电输出端子CINV向图2中的转换电路170提供直流电，转换电路170再将直流电逆变转换成交流电并网。
逆变器中随时可能根据实际需求而并入新的光伏组件，例如除了图9中一个带有三级光伏串的光伏组件PV-Arr1并网到逆变器之外，还可以在第一输入节点NIN1和第二输入节点NIN2上串入其他的光伏组件PV-Arr2、PV-Arr3或更多，光伏组件PV-Arr1和光伏组件PV-Arr2及光伏组件PV-Arr3这三者(或更多数量)是相互串联的关系。虽然逆变器中随时可以串入新的光伏组件，但每次新引入一个光伏组件，都可能会潜在的引起第一输入节点NIN1和第二输入节点NIN2上涌入瞬间的高电压，让逆变器的元器件超过可接收的耐压程度之外，所以此时应当先让第一断路模块180A和第二断路模块180B断开，例如第二控制器140驱动它们的开关SD1～SD4都关断，然后再将光伏组件的输出电压串入到逆变器的第一输入节点NIN1和第二输入节点NIN2上。由于第一断路模块180A和第二断路模块180B断开，第一输入节点NIN1和电容CDC的第一端断开，第二输入节点NIN1和电容CDC的第二端断开，所以电容CDC不会遭受过压应力而受到保护。在等待各个新引入的光伏组件的输出电压并入到逆变器后，再接通第一断路模块180A中的开关SD2和接通第二断路模块180B中的开关SD4，此时电阻RD1～RD2起到镇流的作用，后续再完全接通第一断路模块180A中的开关SD1和接通第二断路模块180B中的开关SD3，藉此完全结束将新的光伏组件并入到逆变器之中的步骤。
光伏电池/优化器和配套的逆变器和其他的电子设备一样，可能会发生故障也可能需要定期进行检修维护，但它们带有的电能级别属于强电范畴并对人身存在安全威胁，如何可靠的让优化器关机或进入保护模式是苛待解决的难题。参见图9，逆变器的指令单元包括串接在逆变器的第一输入节点NIN1和第二输入节点NIN2间的电阻RINS和开关SINS，该开关SINS的接通或关断都由逆变器的第二控制器140驱动。当逆变器发出指令指示优化器关机时，第二控制器140发送的驱动信号快速从第一逻辑状态(例如低电平)跳转成第二逻辑状态(例如高电平)然后又回到第一逻辑状态，从而在高电平驱动下会接通的开关SINS被接通又关断，开关SINS的该关-开-关过程可以重复多次。或第一控制器140发送的驱动信号快速从第一逻辑状态(例如高电平)跳转成第二逻辑状态(例如低电平)然后又回到第一逻辑状态，从而在低电平驱动下会接通的开关SINS被接通又关断。可以认为在控制开关SINS的驱动信号具有近乎瞬态跳转的上升沿或下降沿时刻，会接通开关SINS而产生流经指令单元的谐波或称载波电流，该载波将会注入到连接在逆变器的第一输入节点NIN1的传输线路LINA和/或连接在第二输入节点NIN2上的传输线路LINB，由于优化器中第一级BUCK1电路的第一输出节点B1N1通过传输线路LINA耦合到逆变器的第一输入节点NIN1，优化器中第三级BUCK3电路的第二输出节点B3N2通过传输线路LINB耦合到逆变器的第二输入节点NIN2，所以优化器可以利用各种载波检测模块(例如空心线圈传感器或高频互感器、带通滤波器、解编码器)从传输线路LINA或LINB上的电流信息中提取指令单元发送的载波信号进行解调。这种携带了指令的载波信息可以按照当前指定的各种通信协议被转换成二进制码元进行信息的交互。
优化器的第一控制器110接收到指令单元发送的载波信号后，由于指令是告诉第一控制器110关断各个BUCK电路，因此第一控制器110输出的驱动信号可以直接关断第一级BUCK1中的开关S11～S12，关断第二级BUCK2中的开关S21～S22，和关断第三级BUCK3中的开关S31～S32。藉此BUCK1～BUCK3电路直接结束电压转换功能而进入所谓关机或保护模式，即第一级BUCK1的第一输出节点B1N1和最末级的BUCK3的第二输出节点B3N2不再向传输线路LINA或LINB上输送电能。所以我们安全可靠的从逆变器一侧实现了对优化器的关机。在一个较佳的实施例中，当第一控制器110接收到指令单元发送的载波信号后，还应当输出的驱动信号接通旁路开关SBY，因此通信电路此时可以作为释放cap1～cap3上面电压的泄放支路。在一个较佳的实施例中，一旦逆变器打算发出指令指示优化器关机时，第二控制器140发送的驱动信号应当先行控制将第一断路模块180A和第二断路模块180B断开，也即控制第一断路模块180A的开关SD1和开关SD2先关断，且控制第二断路模块180B的开关SD3和开关SD4先关断，此时逆变器的指令单元撷取第一级BUCK1电路的第一输出节点B1N1和最末级的BUCK3电路的第二输出节点B3N2之间的电压(由cap1、cap2和cap3提供)作为供电电源，因此来产生载波信号而发出关机指令，逆变器的电容CDC与指令单元之间是开路的。
上文讨论了逆变器侧通过通信的方式关断优化器的机制，同样在逆变器侧还可以对处于关机状态的优化器进行启动开机。首先第二控制器140发送的驱动信号应当先行控制将第一断路模块180A和第二断路模块180B接通形成通路，也即控制第一断路模块180A的开关SD1和开关SD2先接通，以及还控制第二断路模块180B的开关SD3和开关SD4先接通，此时逆变器的第一输入节点NIN1通过传输线LINA耦合到第一级BUCK1的第一输出节点B1N1，逆变器的第二输入节点NIN2通过传输线LINB耦合到最末级的BUCK3的第二输出节点B3N2，此时优化器中第一级BUCK1电路的第一输出节点B1N1和最末级的第三级BUCK3电路的第二输出节点B3N2之间的电容(cap1、cap2和cap3)接收逆变器的电容CDC传输出来的电荷，注意开关S33(或图5～6中的S13或S23)可以是处于接通状态的，那么意味着电容CDC会向电容(cap1、cap2和cap3)充电，而且第一控制器110可以由光伏电池直接供电，并且当第一控制器110检测到第一输出节点B1N1和第二输出节点B3N2之间的电压增加后，就可以发出启动指令，也即第一控制器110发出的驱动信号开始对第一级BUCK1中的开关S11～S12进行接通/关断的切换，和对第二级BUCK2中的开关S21～S22进行接通/关断的切换，对第三级BUCK3中的开关S31～S32进行接通/关断的切换，因此BUCK1～BUCK3电路开始启动进入工作状态，至此完成开机程序。以上的开机检测过程可以有多种选择，只要第一控制器110侦测出来优化器接到了传输线LINA～LINB从逆变器传输过来的电能即可认为收到开机指令。
参见图10，与图9略有不同，图9中优化器可以利用各种载波检测模块(例如空心线圈传感器或高频互感器、带通滤波器、解编码器)从传输线路LINA或LINB上的电流信息中提取指令单元发送的载波信号进行解调，但是图10的实施例中第一级BUCK1电路的第一输出节点B1N1和逆变器的第一输入节点NIN1间可以连接一个分流器121，或者是最末级的BUCK3电路的第二输出节点B3N2和逆变器的第二输入节点NIN2间连接一个分流器121，这里分流器121可以检测到电压传输线LINA～LINB上的电流变化，因此分流器121可以替代原来的线圈传感器或高频互感器等元件作为检测模块。例如第一控制器110可以通过分流器121检测到第一输出节点B1N1和第二输出节点B3N2之间的电流/电压变化，从而开始启动或关闭BUCK1～BUCK3电路，来完成开/关机程序。
参见图11，鉴于本申请上文所有内容几乎都是针对多级BUCK电路和多级光伏电池串进行功率优化的阐释，为了避免读者产生本申请的发明内容似乎无法针对单级BUCK电路和单级光伏电池串进行优化的误解，参见图11的方案。第一级BUCK1电路的第一输入端耦合到电池串CELL-ST1的正极端A1，第一级BUCK1电路的第二输入端耦合到电池串CELL-ST1的负极端C1，第一级BUCK1电路接收电池串CELL-ST1产生电压源，并且第一级BUCK1将其降压转换成第一输出节点B1N1和第二输出节点B1N2间的输出电压和/或输出电流。另外，电能在与第一级BUCK1电路的第一输出节点B1N1相连的电压传输线LINA和在与第一级BUCK1电路的第二输出节点B1N2相连的电压传输线LINB上进行传输，这里传输的电能是电池串CELL-ST1产生的光伏电源电压。逆变器的电容CDC的第一和第二端对应耦合到该一对电压传输线LINA～LINB上并接收它们传输的电能。其中逆变器的第一输入节点NIN1通过传输线LINA耦合到第一级BUCK1电路的第一输出节点B1N1，以及逆变器的第二输入节点NIN2通过传输线LINB耦合到该第一级BUCK1的第二输出节点B1N2。此外，第一级BUCK1电路的第一输出节点B1N1和第一级BUCK1的第二输出节点B1N2之间串联有一个通信电路，该通信电路包括并联的旁路电容CBY和旁路电阻RBY，还包括开关器件SBY，其中旁路电容CBY和旁路电阻RBY先并联后它们再和开关器件SBY串联在第一输出节点B1N1和第二输出节点B1N2之间。由于单级BUCK电路对单级光伏电池输出的电压进行功率转换的机制，与多级BUCK电路对多级光伏电池输出的电压进行功率转换的机制并没有很大的差异，它们仅仅是拓扑结构略有差异，只不过多级方案中，逆变器将功率优化器的第一级BUCK1电路的第一输出节点B1N1和最后一级BUCK3电路的第二输出节点B3N2之间输出的直流电转换成交流电，而在单级方案中，逆变器将功率优化器的第一级BUCK1电路的第一输出节点B1N1和第一级BUCK1电路的第二输出节点B1N2之间输出的直流电转换成交流电，因此图1～图10在上文中讨论的各种实施方式和技术特征同样都适用于图11。
参见图12，光伏发电系统包括了多级功率优化器OPT1、OPT2、……OPTM，这里自然数M大于1。在每一级功率优化器(例如以OPT1为范例)的多级BUCK1～BUCK3电路中，首个第一级BUCK1电路的第一输出节点B1N1定义为这一级功率优化器OPT1的第一等效输出端OUT1，末尾的最后一级BUCK3电路的第二输出节点B3N2定义为这一级功率优化器OPT1的第二等效输出端OUT2，当多级功率优化器OPT1、OPT2、……OPTM依次相连串接在一起时，设该多级功率优化器(OPT1、OPT2、……OPTM)中任意后一级功率优化器(例如OPT2)的第一等效输出端OUT1和与之相邻的前一级功率优化器(例如OPT1)的第二等效输出端OUT2相连，按照这种规则所有的功率优化器OPT1、OPT2、……OPTM都被串接起来，从而我们可以在多级功率优化器的第一级功率优化器OPT1的第一等效输出端OUT1和最后一级功率优化器OPTM的第二等效输出端OUT2之间形成总的输出电压，并作为直流电源传输给逆变器。图12中展示了多级功率优化器OPT1、OPT2、……OPTM作为直流电源供应者的范例，首个第一级功率优化器OPT1的第一等效输出端OUT1(即串接的多级优化器用于与外部逆变电路相连的一个正极端)通过传输线路LINA耦合到逆变器的第一输入节点NIN1，末尾的最后一级功率优化器OPTM的第二等效输出端OUT2(即串接的多级优化器用于与外部逆变电路相连的一个负极端)由传输线路LINB耦合到逆变器的第二输入节点NIN2。
参见图13，与以上各个实施例不同的是，通信电路和/或指令单元的电路结构比上文介绍的方式略有改动。在图13的通信电路中，先将电容CBY和第一个电阻RBY并联，例如电容CBY的两端上并联有第一个电阻RBY，而且电容CBY的一端和第一级BUCK1电路的第一输出节点B1N1(或第一等效输出端)之间连接有另外的第二个电阻RBY1，以及该电容CBY的相对另一端和末尾最后一级BUCK电路(此时是第三级BUCK3电路)的第二输出节点B3N1(或第二等效输出端)之间连接了开关SBY。实际上电容CBY和第二个电阻RBY1及开关SBY这三者只要串联，他们之中任意两者的位置可以任意调换。
通信电路更多的可选拓扑结构可以不采纳图13的方案但可实现相同的功能。例如将第二个电阻RBY1和开关SBY的位置对调：也即电容CBY的一端和第一级BUCK1电路的第一输出节点B1N1之间连接有开关SBY，电容CBY的相对另一端和最后一级BUCK电路的第二输出节点B3N1之间连接有第二个电阻RBY1，然后再在电容CBY的一端和相对另一端之间连接一个和电容CBY相并联的第一个电阻RBY(此方案图中未示意出)。
或在通信电路中：电容CBY的一端直接和第一级BUCK1电路的第一输出节点B1N1相连，电容CBY的相对另一端和最后一级BUCK电路的第二输出节点B3N1之间连接有串联的一个开关SBY和一个第二个电阻RBY1，此时串接的开关SBY和第二个电阻RBY1两者的位置可以对调。然后再在电容CBY的一端和相对另一端之间连接一个和电容CBY相并联的第一个电阻RBY(此方案图中未示意出)。
或在通信电路中：电容CBY的一端和最后一级BUCK电路的第二输出节点B3N1直接相连，电容CBY的相对另一端和第一级BUCK1电路的第一输出节点B1N1之间连接有串联的一个开关SBY和一个第二个电阻RBY1，此时串接的开关SBY和第二个电阻RBY1两者的位置可以对调。然后再在电容CBY的一端和相对另一端之间连接一个和电容CBY相并联的第一个电阻RBY(此方案图中未示意出)。
参见图13，在指令单元电路中，先将第一个电阻RINS和电容CINS并联，例如第一个电阻RINS的两端上并联有电容CINS，而且第一个电阻RINS的一端和逆变器的第一输入节点NIN1之间连接有另外一个第二个电阻RINS1，该第一个电阻RINS的相对另一端和逆变器的第二输入节点NIN2之间连接了一个开关SINS。实际上只要第一个电阻RINS和第二个电阻RINS1及开关SINS这三者串联，他们之中任意两者的位置可以任意调换。
指令单元更多的可选拓扑结构可以不采纳图13的方案但可实现相同的功能。例如将第二个电阻RINS1和开关SINS的位置对调：也即第一个电阻RINS的一端和逆变器的第一输入节点NIN1之间连接有开关SINS，第一个电阻RINS的相对另一端和逆变器的第二输入节点NIN2之间连接有第二个电阻RINS1，然后再在第一个电阻RINS的一端和相对另一端之间连接一个和第一个电阻RINS相并联的电容CINS(此方案图中未示意出)。
或在指令单元电路中：第一个电阻RINS的一端直接和逆变器的第一输入节点NIN1相连，而第一个电阻RINS的相对另一端和逆变器的第二输入节点NIN2之间连接有串联的开关SINS和一个第二个电阻RINS1，此时串接的开关SINS和第二个电阻RINS1两者的位置可以对调。再在第一个电阻RINS的一端和相对另一端之间连接一个和第一个电阻RINS相并联的电容CINS(此方案图中未示意出)。
或在指令单元电路中：第一个电阻RINS的一端和逆变器的第二输入节点NIN2直接相连，第一个电阻RINS的相对另一端和逆变器的第一输入节点NIN1之间连接有串联的一个开关SINS和一个第二个电阻RINS1，此时串接的开关SINS和第二个电阻RINS1两者的位置可以对调。再在第一个电阻RINS的一端和相对另一端之间连接一个和第一个电阻RINS相并联的电容CINS(此方案图中未示意出)。
以上，通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，上述发明提出了现有的较佳实施例，但这些内容并不作为局限。对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (10)

1.一种逆变器，其特征在于，包括储能电容以及第一、第二断路模块，其中：
该第一断路模块连接在所述逆变器的第一输入节点和储能电容的第一端之间，该第二断路模块连接在所述逆变器的第二输入节点和储能电容的第二端之间，该第一和第二断路模块的接通或关断由所述逆变器的一个第二控制器控制；
所述逆变器将该第一和第二输入节点接收的直流电转换成交流电输出；
所述逆变器还包括一个指令单元，用于在与所述逆变器的第一输入节点相连的传输线路上和/或在与所述逆变器的第二输入节点相连的传输线路上发送通信载波，以实现所述逆变器向外发送指令信息；
所述逆变器用于将多级功率优化器输出的直流电转换成交流电；
所述功率优化器包括多级BUCK电路；
在每一级功率优化器中：任意一级BUCK电路的第一和第二输入端分别耦合到与其对应的一级光伏电池串的正极端和负极端，任意一级BUCK电路的一个输出电容连接在该任意一级BUCK电路的第一输出节点和第二输出节点之间；
设定多级BUCK电路中任意后一级BUCK电路的第一输出节点和与之相邻的前一级BUCK电路的第二输出节点相连，藉此在每一级功率优化器的多级BUCK电路中，首个第一级BUCK电路的第一输出节点定义为这一级功率优化器的第一等效输出端，末尾的最后一级BUCK电路的第二输出节点定义为这一级功率优化器的第二等效输出端，并且多级所述功率优化器相互串联，设定多级所述功率优化器中任意后一级功率优化器的第一等效输出端和与之相邻的前一级功率优化器的第二等效输出端相连，从而在多级所述功率优化器的第一级所述功率优化器的第一等效输出端和最后一级所述功率优化器的第二等效输出端之间形成多级所述功率优化器的总输出电压；
任意一级所述功率优化器还包括一个通信电路，用于在与每个功率优化器的第一级BUCK电路的第一输出节点相连的传输线路上和/或在与最后一级BUCK电路的第二输出节点相连的传输线路上形成通信载波，以实现每一级所述功率优化器向外发送通信信息；
该通信电路包括一个第一开关和一个旁路电阻及旁路电容，旁路电阻和旁路电容先并联后它们再与该第一开关串接在每一级功率优化器的第一级BUCK电路的第一输出节点和最后一级BUCK电路的第二输出节点之间；
每一级功率优化器还包括第一控制器，在每一级功率优化器发送通信信息的阶段，该第一控制器输出的驱动信号控制原本关断的第一开关接通后又关断，以便在第一开关接通的时刻产生流经该通信电路的载波电流，注入到与每个所述功率优化器的第一级BUCK电路的第一输出节点相连的传输线路上和/或注入到与最后一级BUCK电路的第二输出节点相连的传输线路上以形成通信载波；
每一级所述功率优化器还包括可设置在它的任意一级BUCK电路中的第二开关，该第二开关和每个所述功率优化器中任意一级BUCK电路的输出电容一起串接在该任意一级BUCK电路的第一输出节点和第二输出节点之间；
在每个所述功率优化器发送通信信息之前，该功率优化器中的第一控制器输出的驱动信号控制原本接通的第二开关予以关断，直至所述功率优化器结束发送通信信息程序之后，该第二开关才被接通。
2.根据权利要求1所述的逆变器，其特征在于，该指令单元具有串接在所述逆变器的第一和第二输入节点之间的一个第三开关和一个第一电阻；或者
该指令单元包括串联在所述逆变器的第一和第二输入节点之间的一个第三开关和一个第一电阻及一个第二电阻。
3.根据权利要求2所述的逆变器，其特征在于，还包括有一个并联在该第一电阻的两端的电容。
4.根据权利要求2所述的逆变器，其特征在于，该指令单元包括第一工作模式：所述第三开关在它的关断和接通间切换时产生流经所述指令单元的载波电流，注入到与所述逆变器的第一输入节点和/或第二输入节点相连的传输线路上以用来产生通信载波。
5.根据权利要求4所述的逆变器，其特征在于，在指令单元的第一工作模式下，所述第一和第二断路模块在指令单元发送指令信息前处于关断状态以限定该指令单元不接收来自储能电容的电压，而是由与所述第一输入节点相连的传输线路和与所述第二输入节点相连的传输线路上加载的电压源为所述指令单元供电。
6.根据权利要求1所述的逆变器，其特征在于，所述逆变器还包括检测模块，用于侦测任意谐波源发送到与所述第一或第二输入节点相连的传输线路上的外部通信载波，并由所述第二控制器从检测模块接收通信信息，以实现所述逆变器从外部接收通信信息；
所述检测模块是高频传感器、带通滤波器、编解码器、分流器中的任意一种。
7.一种逆变器实现通信的方法，其特征在于，该逆变器包括储能电容以及第一和第二断路模块，其中：该第一断路模块连接在所述逆变器的第一输入节点和储能电容的第一端之间，该第二断路模块连接在所述逆变器的第二输入节点和储能电容的第二端之间，该第一和第二断路模块的接通或关断由所述逆变器的一个第二控制器控制；
所述逆变器还包括指令单元，该指令单元具有串接在第一和第二输入节点间的第一电阻和第三开关，用于在与所述第一输入节点相连的传输线路上和/或在与所述第二输入节点相连的传输线路上发送通信载波，以实现所述逆变器向外发送指令信息；
在该指令单元发送指令信息的阶段，该第二控制器控制第三开关在接通和关断之间切换，以便在第三开关接通的时刻产生流经该指令单元的载波电流，注入到与所述第一输入节点相连的传输线路上和/或在与所述第二输入节点相连的传输线路上以形成通信载波；
所述逆变器用于将多级功率优化器输出的直流电转换成交流电；
所述功率优化器包括多级BUCK电路；
在每一级功率优化器中：任意一级BUCK电路的第一和第二输入端分别耦合到与其对应的一级光伏电池串的正极端和负极端，任意一级BUCK电路的一个输出电容连接在该任意一级BUCK电路的第一输出节点和第二输出节点之间；
设定多级BUCK电路中任意后一级BUCK电路的第一输出节点和与之相邻的前一级BUCK电路的第二输出节点相连，藉此在每一级功率优化器的多级BUCK电路中，首个第一级BUCK电路的第一输出节点定义为这一级功率优化器的第一等效输出端，末尾的最后一级BUCK电路的第二输出节点定义为这一级功率优化器的第二等效输出端，并且多级所述功率优化器相互串联，设定多级所述功率优化器中任意后一级功率优化器的第一等效输出端和与之相邻的前一级功率优化器的第二等效输出端相连，从而在多级所述功率优化器的第一级所述功率优化器的第一等效输出端和最后一级所述功率优化器的第二等效输出端之间形成多级所述功率优化器的总输出电压；
任意一级所述功率优化器还包括一个通信电路，用于在与每个功率优化器的第一级BUCK电路的第一输出节点相连的传输线路上和/或在与最后一级BUCK电路的第二输出节点相连的传输线路上形成通信载波，以实现每一级所述功率优化器向外发送通信信息；
该通信电路包括一个第一开关和一个旁路电阻及旁路电容，旁路电阻和旁路电容先并联后它们再与该第一开关串接在每一级功率优化器的第一级BUCK电路的第一输出节点和最后一级BUCK电路的第二输出节点之间；
每一级功率优化器还包括第一控制器，在每一级功率优化器发送通信信息的阶段，该第一控制器输出的驱动信号控制原本关断的第一开关接通后又关断，以便在第一开关接通的时刻产生流经该通信电路的载波电流，注入到与每个所述功率优化器的第一级BUCK电路的第一输出节点相连的传输线路上和/或注入到与最后一级BUCK电路的第二输出节点相连的传输线路上以形成通信载波；
每一级所述功率优化器还包括可设置在它的任意一级BUCK电路中的第二开关，该第二开关和每个所述功率优化器中任意一级BUCK电路的输出电容一起串接在该任意一级BUCK电路的第一输出节点和第二输出节点之间；
在每个所述功率优化器发送通信信息之前，该功率优化器中的第一控制器输出的驱动信号控制原本接通的第二开关予以关断，直至所述功率优化器结束发送通信信息程序之后，该第二开关才被接通。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述逆变器还包括检测模块，用于侦测任意谐波源发送到与所述第一或第二输入节点相连的传输线路上的外部通信载波，并由所述第二控制器从检测模块接收通信信息，以实现所述逆变器从外部接收通信信息。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该指令单元具有串接在所述逆变器的第一和第二输入节点之间的一个第三开关和一个第一电阻；或者
该指令单元包括串联在所述逆变器的第一和第二输入节点之间的一个第三开关和一个第一电阻及一个第二电阻。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还设置有一个电容并联在该第一电阻的两端。
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