CN108874015A - 提高光伏电池安全等级的功率优化系统及实现电池监测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明及到一种提高光伏电池安全等级的功率优化系统及实现电池监测的方法，用于提供串级电压的电池串组均设置有相互串联的多个光伏电池，光伏电池均配置有用于执行最大功率点追踪的电压转换电路并且由电压转换电路输出该光伏电池实施电压转换后的电压。在各个光伏电池处于非最大功率点追踪的第一工作状态，光伏电池配置的电压转换电路输出的电压与该光伏电池产生的原始电压之比等于一个预设的比例。在光伏电池已进入追踪最大功率点的第二工作状态，光伏电池配置的电压转换电路输出的电压为使该光伏电池工作在最大功率点的电压。在保障光伏电池是安全的前提下快速提取光伏电池的各项参数，从而为提供准确的对策提供依据。

Description

提高光伏电池安全等级的功率优化系统及实现电池监测的 方法

技术领域

本发明主要涉及到光伏发电领域，确切的说是涉及到在含有光伏电池的应用场合中在基于保障光伏电池是安全的前提下提供光伏电池是否存在故障的快速监测的方法，能够根据实际情况快速提取光伏电池的各项参数，藉此判断出光伏电池是否存在故障和判断出存在故障的那些电池的问题所在，从而为提供准确的对策提供依据。

背景技术

基于面临着环境日趋恶化的问题，尤其是中国等发展中国家频率出现的雾霾等极其恶劣的环境。太阳能得到了越来越广泛的应用，硅技术使太阳能面板蓬勃发展。光伏并网发电方式是多个组件先串联，这些串联的组件再并联给逆变器提供直流电压源，逆变器再将直流电转换成交流电。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，在光伏发电系统中，为了使发电系统更安全可靠的运行，需要能够及时发现各种潜在的威胁，如阴影遮挡造成的热斑效应就是一种负面的威胁，可能会让某些电池从电源转换成负载而引起电池板发热至起火烧毁，实时的精确监控光伏电池的电压、电流、功率及温度和发电量等工作参数是光伏发电系统中很重要的一个环节。光伏电池的工作参数监控在实际的应用场合更多的是采用了电力线载波作为通讯手段，依靠载波很容易就能将光伏电池的参数作为通信数据传递到光伏电池提供光伏电压的电力线上，再从电力线上进行载波信号的解码即可撷取光伏电池的实时参数。各种当前的标准无线通信技术也被广泛的推行到光伏电池的工作参数监控的应用场合。光伏电池的应用场合中是很多电池串联构成串组，可能会给人身造成高压威胁，在基于保障光伏电池是安全的前提下，将光伏电池的工作参数提取出来然后予以分析，及时发现存在潜在故障的光伏电池是本申请的目的。

发明内容

在一个实施例中，本发明披露了一种提高光伏电池安全等级的功率优化系统，用于提供串级电压的每一个电池串组均包含相互串联的多个光伏电池，其中：每一个光伏电池均配置有一个执行最大功率点追踪的电压转换电路并且由电压转换电路输出该光伏电池实施电压转换后的电压；在各个光伏电池处于非最大功率点追踪的第一工作状态，每一个光伏组件的一个或多个类型的工作参数由与每一个光伏组件对应的一个电压转换电路输出的电压来表征，意味着：只要任意一个光伏组件对应的电压转换电路输出电压是确定的则此时该任意一个光伏组件的一个或多个类型的工作参数也是确定的；在满足光伏电池处于非最大功率点追踪的第一工作状态的前提下，先行假定某特定电压转换电路当前输出的电压为VOA，表征VOA条件下与该特定电压转换电路对应的光伏组件提供的电压为VINA和/或输出电流为IA和/或功率为PA和/或单位时间的发电量为WA；假定某特定电压转换电路当前输出的电压为VOB（VOB大于或小于VOA），表征VOB条件下与该特定电压转换电路对应的光伏组件提供的电压为VINB和/或输出电流为IB和/或功率为PB和/或单位时间的发电量为WB，等等。也就是说电压转换电路输出的电压值标识了光伏组件的一个或多个类型的工作参数各自的指定值，在第一工作状态阶段，只要某指定的电压转换电路输出的电压被测量确定了，该输出电压就预示着与该指定的电压转换电路对应的光伏组件的一个或多个类型的工作参数的值是确定的。第一工作状态下电压转换电路输出的电压低于它接收的电压，如电压转换电路的当前电压输出量被钳制在比实际值要小；具体的譬如：每一个光伏电池配置的电压转换电路输出的电压与该光伏电池产生的原始电压（亦即电压转换电路接收的输入电压）之比的预设比例值低于1。在光伏电池已进入追踪最大功率点的第二工作状态，每一个光伏组件的一个或多个类型的工作参数的当前输出量为使该光伏组件工作在最大功率点而输出的值，例如电压或电流或功率等的当前输出量为使该光伏组件工作在最大功率点而输出的值，具体的譬如：每一个光伏电池配置的电压转换电路输出的电压为使该光伏电池工作在最大功率点的电压，每一个光伏电池配置的电压转换电路输出的电压与该光伏电池产生的原始电压的比值可大于1或小于1甚至等于1。

上述的提高光伏电池安全等级的功率优化系统，第一工作状态至少包括：各个光伏电池没有相互串联连接、彼此间呈现为独立个体的工作状态。例如：各个光伏电池在安装阶段（Installation stage）准备串联起来但是它们还没有被串联连接，光伏电池实际上已经产生电压而且与其配套的电压转换电路也会输出电压，基于安全的考虑电压转换电路的电压不应该过高而危及人身安全。作为安全措施之一，如果光伏电池配置的电压转换电路输出的电压与该光伏电池产生的原始电压之比等于一个预设的比例，这个比例关系需要限定为远远低于1，则可以取得一个较佳的电池安全等级，通常这种情况较多的适用于各个光伏电池准备连到汇流箱或逆变器的安装阶段。

上述的提高光伏电池安全等级的功率优化系统，第一工作状态还包括：各个光伏电池相互串联连接成电池串组、但没有进入追踪最大功率点的工作状态。此时例如：各个光伏电池已经串联连接起来但暂时还没有执行最大功率点追踪，电池串组在此时提供的串级电压已经很高，如果串级电压不在可接收范围内仍然存在威胁。作为安全措施之一，设定光伏电池配置的电压转换电路输出的电压与该光伏电池产生的原始电压之比等于一个预设的比例。这种情况较多的适用于各个光伏电池已经串联连接到汇流箱或逆变器的调试阶段，但是我们仍然希望串级电压处于安全范畴。此时另一个优势是：可以利用此时各个光伏电池成比例的输出电压从而去反推光伏电池的实际原始电压，它们可以作为判断光伏电池运行状态的依据。此外由于此时各个光伏电池已经串联因此串联连接线可以作为载波的传输路径，光伏电池配置的处理器监测到的光伏电池工作参数也可以通过载波或其他形式的通信方案广播出来传输给数据采集端，则在数据采集端可以实现诊断电池的目的，电池的质量及是否异常可通过各种工作参数体现出来。

上述的提高光伏电池安全等级的功率优化系统，光伏电池均配置有用于驱动其配置的电压转换电路执行最大功率点追踪的处理器，光伏电池配置的处理器同步还监测该光伏电池的工作参数；在光伏电池已经相互串联成电池串组但处于第一工作状态的条件下，由每一个光伏电池配置的处理器将其工作参数广播出来以实现该光伏电池被监测。

上述的提高光伏电池安全等级的功率优化系统，光伏电池PV1-PVN串联的方式是它们各自对应的一系列电压转换电路BS1-BSN相互串联：由任意一个电压转换电路BSN接收与其唯一对应的一个光伏电池PVN提供的原始电压、并由任意一个电压转换电路BSN输出与其唯一对应的光伏电池PVN实施电压转换后的电压；或由同一个电压转换电路BS_K接收一组光伏电池例如PV_M、PV_N并联后提供的原始电压、并由同一个电压转换电路BS_K输出该一组光伏电池例如PV_M、PV_N并联实施电压转换后的电压。

上述的提高光伏电池安全等级的功率优化系统，电池串组中光伏电池PV1-PVN串联的方式是它们对应的一系列功率优化电路POC相互串联：由同一个功率优化电路POC接收至少一组光伏电池例如PV_1、PV_2提供的电源电压，功率优化电路POC具有与一组光伏电池例如PV_1、PV_2中光伏电池数量一致的电压转换电路BS_1、BS_2；其中与所述的至少一组光伏电池例如PV_1、PV_2所对应的电压转换电路例如BS_1、BS_2中：每一个电压转换电路均用于对所述至少一组光伏电池中的一个相应的电池组件单独执行电压转换；以及与所述的至少一组光伏电池例如PV_1、PV_2所对应的那些多个电压转换电路例如BS_1、BS_2中设置成并联连接，使它们各自输出的电压共同输出在与所述至少一组光伏电池对应的功率优化电路POC的一个输出电容上。

上述的提高光伏电池安全等级的功率优化系统：每个所述电压转换电路包括耦合到一个光伏组件正负极的第一、第二输入端和包括提供输出电压的第一、第二输出端；与至少一组光伏组件对应的多个电压转换电路中：每个电压转换电路的第一、第二输出端则分别耦合到与至少一组光伏组件对应的一个功率优化电路的输出电容的第一端和第二端。

上述的提高光伏电池安全等级的功率优化系统：由多级所述功率优化电路POC串联连接，任意前一级功率优化电路的输出电容的第二端耦合到相邻后一级功率优化电路的输出电容的第一端；在多级的所述功率优化电路串联连接时它们各自的输出电容相互串联连接，多级所述功率优化电路提供的总电压等于它们各自的输出电容上的电压的叠加值。

在一个实施例中，本发明还披露了一种基于上述的提高光伏电池安全等级的功率优化系统的可实现光伏电池监控/监测的方法，其中，每一个光伏电池配置的处理器同步还监测该光伏电池的工作参数，所述的方法包括：在各个光伏电池处于非最大功率点追踪的第一工作状态，或在各个光伏电池进入追踪最大功率点的第二工作状态，由每一个光伏电池配置的处理器将其工作参数广播出来传输给采集端，这些数据的集合在数据采集端可以作为诊断该光伏电池的依据，从而实现该光伏电池在第一或第二工作状态下被监测，所有光伏电池的质量好坏以及是否工作异常均可通过各种类型的工作参数体现出来。

上述的方法，其中光伏电池的一种或多种不同类型的工作参数至少包括发电量、电压以及电流、温度和功率等。在部分实施例中，发电量需要参照填充因子，例如开路电压和断路电流之乘积再乘以填充因子，在大部分地区填充因子介于70-80%之间。此外作为可选的实施例，一般情况下，处理器控制电压转换电路将光伏组件的一种或多种不同类型的工作参数的当前输出量调制至相对于原始实际值的偏移程度为默认偏移值，但是我们下达各种指令给处理器可以控制电压转换电路改变光伏组件的工作参数的当前输出量相对于原始实际值的偏移程度，如改变输出电流或电压或功率、发电量等的当前输出量相对于它们的原始实际值的偏离程度，例如我们敲打机器、发出声响等相当于触发声控装置等，利用声控装置再发出指令给处理器，处理器收到声控指令后其输出就开始在多种不同类型的工作参数之间切换，震动传感器也适用。当声控传感器模块在接收到外部声控指令时通知处理器改变一种或多种不同类型的工作参数的当前输出量相对于实际值的偏移程度；或者当震动传感器模块在接收到外部震动指令时通知处理器改变一种或多种不同类型的工作参数的当前输出量相对于实际值的偏移程度。

附图说明

图1是在同一个电池组串中多个光伏组件相互串联连接起来的范例示意图。

图2是由一组光伏电池并联提供原始电压给同一个电压转换电路的示意图。

图3是由一组光伏电池并联提供电压给一组并联的电压转换电路的示意图。

图4是多级功率优化电路串联连时它们各自的输出电容相互串联的示意图。

图5是光伏组件中的工作参数利用载波等方式发送到解码器的范例示意图。

图6是在同一个电池组串中多个光伏组件相互没有连接断开的范例示意图。

具体实施方式

在光伏发电领域，光伏组件或光伏电池PV是发电的核心部件之一，太阳能电池板在主流技术的方向分为单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、非晶硅太阳能电池等，大型的集中式光伏电站采用的电池组件的数量庞大，小型的分布式户用型小型电站采用的电池组件的数量相对较少。硅电池在本领域要求的使用年限一般高达二十多年的寿命，对电池板的长期性和持久性监测是必不可少的。内部和外部因素都会导致组件的发电效率降低，如光伏组件自身之间的制造差异或安装差异或阴影遮挡或最大功率追踪适配等因素都会引起效率低下。以典型的阴影遮挡为例，如果部分光伏组件被云朵或建筑物或树影或污垢等类似情况遮挡后，这部分组件就会由电源变成负载而不再产生电能，光伏组件在发生热斑效应严重的地方局部温度可能较高，甚至超过150℃，导致局部区域烧毁或形成暗斑、焊点融化、封装材料老化、炸裂、腐蚀等永久性破坏，给光伏组件的长期安全性和可靠性造成极大地的隐患。亟待解决的问题就是：实时观察每一块光伏电池板的工作状态，对电池的过温、过压、过流和输出端短接等异常情况进行预警。

在光伏发电领域，涉及到组件或电池的安装，这需要绝对的安全。如果光伏组件发生过温或过压或过流等类似的异常情况，无疑我们需要主动去触发关断这些异常的光伏组件的动作，在异常的光伏组件退出异常状态而恢复到正常状态时我们又需要再次接入这些光伏组件，这同样需要绝对的安全。而且有些场合需要检测组件的发电量或者说是监测输出功率情况，这是判断组件质量的依据，如果组件的发电量降低很明显则很可能也是发生了发电异常事件，被鸟粪、灰尘、建筑物、树影、云朵等遮挡，需要我们去清洁电池或改变安装方位等措施。单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、非晶硅太阳能电池等都是属于特性容易发生衰减的材质，监控组件的衰减程度是必要的，这对于判断电池的质量很重要。问题是：我们并不知道如何在庞大组件阵列中甄别那些组件是异常组件那些组件是正常组件。很多时候在安装阶段就要直接判断出那些质量不佳的电池或组件，绝不允许存在质量瑕疵的问题电池并组装/安装到光伏电池阵列中去，否则含有质量问题的电池进入电池阵列就导致整个阵列发电效率低下，更恶劣的是某一块或某几块问题电池的异常电压值或电流值可能导致整个电池串组都一并被损坏，造成较大的损失。

参见图1，为了实现这些预定的目标，本申请后续涉及的集成有通信功能的功率优化系统，可以将光伏电池所有的工作参数都用电力载波反映到电力线上，它为光伏电站对电池执行故障报警、故障快速定位等提供了合适的解决方案，适用于不同规模的并网或离网型的光伏发电系统。尤其是在电池的安装阶段就能发现很多电池异常，来避免问题电池并安装到光伏电池阵列中去，在安装阶段提高电池安全等级也是本申请的措施之一。载波发送模块CSG和处理器200配合使用，处理器200利用图中未示意出的采集模块将光伏电池PV的电压、电流、功率、温度和发电量等一系列的指定工作参数进行采集，注意采集这些工作参数的采集模块属于现有技术，任何可采集电池这些工作参数的方案均适用于本申请，本申请不再单独对现有的电流或电压及温度等采集模块单独阐释。在图1所示的实施例中，第一级电压转换电路BS1的第一输入端连到光伏电池PV1的正极和第一级电压转换电路BS1的第二输入端连到光伏电池PV1的负极，电压转换电路BS1在自己的第一节点/第一输出端N1和第二节点/第二输出端N2之间输出稳定电压，也即第一级电压转换电路BS1在第一输入端和第二输入端之间撷取光伏电池PV1通过光伏效应产生的光伏电压。在本申请介绍的可选的实施例中，载波发送模块CSG的支路直接连接在第一节点N1和第二节点N2之间，但是在没有示意出的实施例中，如果其他类型的载波发送模块采用带有耦合变压器的载波发送电路则其他类型的载波发送模块则无需连接在第一节点N1和第二节点N2之间，此时只要将其他类型的载波发送模块带有的耦合变压器的次级绕组连到串联连接线LAN与电压转换电路BS1的第一输出端之间，或者是连到串联连接线LAN与电压转换电路BS1的第二输出端之间即可，然后从耦合变压器的初级绕组输入载波脉冲，同样可以将载波信号输送到第一节点N1或第二节点N2处。另外的实施方式就是按照图1的方案直接将载波发送模块CSG连接在第一节点N1和第二节点N2之间从而直接将载波信号同时注入在第一节点N1和第二节点N2处。以上是基于站在发送载波信号的角度来考虑，如果我们基于在接收载波信号的角度来考虑，则在图5中所示的那些连接到第一节点N1和/或第二节点N2的连接线LAN上可以利用当前任意的属于已知技术的载波解码模块就能够实现对载波信号的解码/译码。在与光伏电池PV1配套的处理器200将光伏电池PV1的数据（如电池的各种工作参数数据）通过各种任意类型的载波发送模块传输到连接线LAN上后，其他的电子设备利用解码器DECODER就可以在连接线LAN上对载波解码。作为感测和解码载波信号的一方，在图5的一个可选实施例中，通常解码器DECODER是带有图示的传感器模块131和带通滤波器模块及带有类似于MCU/DSP等的处理单元175等，电力线穿过传感器模块131（如采用罗氏空心线圈传感器等）藉此由传感器模块131来侦测传输线上的载波信号，为了精确的捕获真实的载波数据和屏蔽噪声，带通滤波器模块再对传感器模块131感测到的载波信号进行进一步地滤波，滤除掉不在指定频率范围内的杂波，相反只有在指定频率范围内的那些载波信号Carrier Signal才可以表示预期的真实载波信号，处理单元175接收真实载波信号和解码其载波数据。因此载波发送模块CSG的作用在于向串联连接线LAN上传播电力载波信号，这种载波信号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数据信息的交互，解码设备只要侦测到连接线LAN上的电力载波再执行解码，就能获悉载波发送模块CSG所发送在电力线上的载波信号所携带的数据或指令的含义。注意在本申请中处理器200将数据广播/传送出来所采用的载波形式仅仅是范例之一，作为业界的可选方案还可以选择无线模块WIFI或GPS或-红外-蓝牙（Blue-tooth）等无线通信形式也能实现相同的功能。采集电池数据的数据采集端集成有解码器DECODER。

参见图2，在实际应用中，很多数量的光伏电池或光伏组件PV串联连接来形成了一个电池组串，假定总共N级的光伏电池PV1、PV2……PVN串联，该N通常取大于1的自然数，电池组串的串级电压等于：第一级光伏电池PV1输出的电压V₁加上第二级光伏电池PV2输出的电压V₂再加上第三级光伏电池PV3输出的电压…直至累加到第N级的光伏电池PVN输出的电压V_N，等于V₁+ V₂+……V_N。电池组串的串级电压才送到汇流箱或者逆变器等电力设备ESY。总共N级的光伏电池PV1、PV2……PVN串联，其中某些光伏组件无故发电量变少，或电压变低或组件自身温度突然上升过高，等等，都属于发电异常事件，尤其是阴影遮挡造成的电池热斑效应就是一种负面的威胁，它可能会让某些电池从电源转换成负载而引起电池板发热至起火烧毁。那么我们需要根据电池组串中这些光伏电池PV1、PV2……PVN各自的工作参数（预设数据）的表象特征，从而至少能够判断出电池组串中每一个光伏组件是否发生发电异常事件。

参见图2，以组件阵列为例它们是光伏发电系统从光能到电能转换的基础，设N是大于等于1的自然数，每一个电池串组具有串联的光伏电池PV1、PV2……PVN。在本申请的一个可选实施例中，每块光伏组件或称光伏电池PV各自均配置有执行最大功率追踪MPPT的功率优化电路BS，例如某一个电池串组中的第一个光伏组件PV1产生的光伏电压由第一个电压转换电路BS1进行DC/DC电压转换以执行功率优化，第二个光伏组件PV2产生的光伏电压由第二个电压转换电路BS2进行电压转换，……直至第N级的光伏组件PVN产生的光伏电压由第N级电压转换电路BSN进行电压转换以执行功率优化功能。其实与每块光伏电池PV对应的电压转换电路BS输出的电压才可以表征该光伏电池PV提供在光伏电池串组上的实际电压，先行假定任意一串的光伏电池串组串接有第一级光伏组件PV1、第二级光伏组件PV2……至第N级的光伏组件PVN，第一级电压转换电路BS1用于将第一级光伏电池PV1的光伏电压源执行最大功率追踪而进行电压转换并输出V₁，……至第N级电压转换电路BSN将第N级的光伏电池PVN的光伏电压执行最大功率追踪而进行电压转换并输出V_N，可以获悉任意一串光伏电池串组上提供总的串级电压等于：第一级电压转换电路BS1输出的电压V₁加上第二级电压转换电路BS2输出的电压V₂再加第三级电压转换电路BS3输出的电压V₃……直至累加到第N级的电压转换电路BSN输出的电压V_N，串级电压的运算结果就等于V₁+ V₂+……V_N。功率优化电路或称电压转换电路本质上是直流到直流的DC-DC转换器，须强调的是，现有技术中针对光伏电池的最大功率追踪的任何方案适用于本申请的电压转换电路，常见的最大功率追踪有恒定电压法、电导增量法、扰动观察法等，本申请不再单独对电压转换电路是如何执行最大功率追踪MPPT的方案予以赘述，值得注意的是，上文介绍的处理器200不仅仅可以采集组件的数据，同时还可以输出PWM信号用于驱动DC/DC转换器。图2中第一级电压转换电路BS1、第二级电压转换电路BS2直至第N级的电压转换电路BSN等均通过串接线LAN串联连接，传输串接线LAN上由电压转换电路BS1-BSN叠加的串级电压被输送给类似于汇流箱或者逆变器等电力设备ESY进行汇流或逆变等。

参见图1，光伏组件阵列是光伏发电系统从光能到电能转换的基础，图1中显示了光伏组件阵列中安装有基本的多个电池组串String，且每一个电池组串String由多个串联连接的光伏组件PV_1、PV_2……光伏组件PV_N串接构成，在本申请中每块光伏组件或称光伏电池PV均配置有执行最大功率追踪MPPT的功率优化电路，例如第一个光伏组件PV_1产生的光伏电压由第一个功率优化电路BS_1进行电压转换以执行功率优化，第二个光伏组件PV_2产生的光伏电压由第二个功率优化电路BS_1进行电压转换，依此类推直至第N级的光伏组件PV-N产生的光伏电压由第N级的功率优化电路BS_N进行电压转换以执行功率优化，N为自然数。其实与每块光伏电池PV对应的功率优化电路BS输出的电压才可以表征该光伏电池PV提供在光伏电池组串String的实际电压，假定任意一串的光伏电池组串String串接有第一级光伏组件PV_1、第二级光伏组件PV_1……直至第N级的光伏组件PV_1，第一级功率优化电路BS_1用于将第一级光伏电池PV_1的光伏电压源执行最大功率追踪而进行电压转换并输出V₁，依此类推直至第N级功率优化电路BS_N用于将第N级的光伏电池PV_N的光伏电压源执行最大功率追踪而进行电压转换并输出V_N，可以获悉任意一串光伏电池组串String上总的串级电压等于：第一级功率优化电路BS_1输出的电压V₁加上第二级功率优化电路BS_2输出的电压V₂然后再加上第三级功率优化电路BS_3输出的电压……直至累加到第N级的功率优化电路BS_N输出的电压V_N，串级电压的运算结果就等于V₁+ V₂+……V_N。功率优化电路BS可以采用升压BOOST、降压型的BUCK或升降压型的BUCK-BOOST电路。须强调的是，现有技术中披露和公开的针对光伏电池的最大功率追踪的任何方案适用于本申请的DC/DC电压转换电路，本申请不再单独对电压转换电路Converter是如何执行最大功率追踪的方案予以赘述。图1中，第一级功率优化电路BS_1、第二级功率优化电路BS_2至第N级的功率优化电路BS_N等通过传输线LAN串联连接，传输线LAN上由它们叠加的串级电压被输送给类似于汇流箱或者逆变器ESY等电力设备进行汇流和逆变再并网。

参见图1，用于提供串级电压的每一个电池串组String均设置有相互串联的多个光伏电池PV1-PVN，而且在本申请的实施例中，每一个光伏电池PVN均配置有一个执行最大功率点追踪的电压转换电路BSN并且由电压转换电路BSN输出该光伏电池PVN实施电压转换（Voltage Convert）后的电压。在各个光伏电池PV1-PVN处于非最大功率点追踪的第一工作状态，每一个光伏电池配置的电压转换电路输出的电压与该光伏电池产生的原始电压之比等于一个预设的比例，例如：光伏电池PV1配置的电压转换电路BS1输出的电压V₁与该光伏电池PV1产生的原始电压之比等于一个预设的比例，这个比例关系例如是五分之一、二十分之一等，一般限制为小于1，这里光伏电池PV1产生的原始电压直接输送给电压转换电路BS1的第一和第二输入端。第一工作状态至少包括：各个光伏电池没有相互串联连接、彼此间呈现为独立个体的工作状态。例如：各个光伏电池在安装阶段（Installation stage）准备串联起来但是它们还没有被串联连接，光伏电池实际上已经产生电压而且与其配套的电压转换电路也会输出电压，基于安全的考虑电压转换电路的电压不应该过高而危及人身安全。作为安全措施之一，如果光伏电池配置的电压转换电路输出的电压与该光伏电池产生的原始电压之比等于一个预设的比例，这个比例关系需要限定为远远低于1，则可以取得一个较佳的电池安全等级，通常这种情况较多的适用于各个光伏电池准备连到汇流箱或逆变器的安装阶段。第一工作状态还包括：各个光伏电池相互串联连接成电池串组、但没有进入追踪最大功率点的工作状态。此时例如：各个光伏电池已经串联连接起来但暂时还没有执行最大功率点追踪，电池串组在此时提供的串级电压已经很高，如果串级电压不在可接收范围内仍然存在威胁。作为安全措施之一，设定光伏电池配置的电压转换电路输出的电压与该光伏电池产生的原始电压之比等于一个预设的比例关系。这种情况较多的适用于各个光伏电池已经串联连接到汇流箱或逆变器等电力设备的调试阶段，但是我们仍然希望串级电压处于安全范畴。此时另一个优势是：可以利用此时各个光伏电池成比例的输出电压从而去反推光伏电池的实际原始电压，它们可以作为判断光伏电池运行状态的依据。此外由于此时各个光伏电池已经串联因此串联连接线可以作为载波的传输路径，光伏电池配置的处理器监测到的光伏电池工作参数也可以通过载波或其他形式的通信方案（无线）广播出来传输给数据采集端，则在数据采集端可以实现诊断电池的目的，电池的质量及是否异常可通过各种工作参数体现出来。

参见图1，在各个光伏电池PV1-PVN已进入追踪最大功率点的第二工作状态，每一个光伏电池配置的电压转换电路输出的电压为使该光伏电池工作在最大功率点的电压，例如第一个光伏组件PV_1产生的光伏电压由第一个功率优化电路BS_1进行电压转换以执行功率优化，第二个光伏组件PV_2产生的光伏电压由第二个功率优化电路BS_1进行电压转换，依此类推直至第N级的光伏组件PV-N产生的光伏电压由第N级的功率优化电路BS_N进行电压转换以执行功率优化。在第二工作状态下，光伏电池配置的电压转换电路输出的电压与该光伏电池产生的原始电压之比等于一个预设的比例关系被破坏。

参见图2，与图1的实施例不同，图1的实施例是每一个光伏组件PV均配置提供有对应的一个电压转换电路BS进行功率优化，图2的实施例并不是每一个光伏组件PV均配置提供有对应的一个电压转换电路BS进行功率优化，相反的取代方案是，图2中在串联的电池组串String中是若干个光伏组件PV一起共同的由同一个电压转换电路BS进行功率优化：至少一组光伏组件以并联的方式向同一个电压转换电路提供电源，电压转换电路用于对所述至少一组光伏组件同步执行最大功率追踪。例如在具体的实施例中：至少一组光伏组件PV_1和PV_2以并联的方式向同一个电压转换电路BS_1提供电源，该电压转换电路BS_1用于对所述至少一组光伏组件PV_1和PV_2同步执行最大功率追踪。又例如在具体的实施例中：至少一组光伏组件PV_M和PV_N以并联的方式向同一个电压转换电路BS_K提供电源，K是大于1的自然数，该电压转换电路BS_K用于对所述至少一组光伏组件PV_M和PV_N同步执行最大功率追踪。注意这里一组光伏组件是利用了两个PV_1和PV_2以及两个PV_M和PV_N为例，其实更多数量的光伏组件构成的至少一组光伏组件，这些更多数量的光伏组件也同样以并联的方式向同一个电压转换电路提供电源，电压转换电路用于对所述至少一组光伏组件同步执行最大功率追踪。

参见图2，先以一组光伏组件PV_M和PV_N为例来阐释实现MPPT的原理：光伏组件PV_M和PV_N以并联的方式向同一个电压转换电路BS_K提供电源，该电压转换电路BS_K用于对所述至少一组光伏组件PV_M和PV_N同步执行最大功率追踪。光伏电池的效率主要受两方面的影响：第一是光伏电池的内部特性；第二是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。参见图2，第一个光伏组件PV_M利用BOOST/BUCK/BUCK-BOOST等电压转换电路BS_K来产生期望的电压输出，同时第二个光伏组件PV_N同样也利用BOOST/BUCK/BUCK-BOOST电压转换电路BS_K来产生期望的电压。参见图2，电压转换电路BS_K的第一输入端NI1连接到光伏组件PV_M的正极，电压转换电路BS_K的第二输入端NI2连接到光伏组件PV_M的负极。电压转换电路BS_K的第一输入端NI1连接到光伏组件PV_N的正极，电压转换电路BS_K的第二输入端NI2连接到光伏组件PV_N的负极。并且电压转换电路BS_K的第一输出端NO1连接到电压转换电路BS_K自身唯一对应的一个输出电容C_O的第一端ND1，电压转换电路BS_K的第二输出端NO2连接到电压转换电路BS_K自身对应的输出电容C_O的第二端ND2。电压转换电路BS_K将光伏组件PV_M和PV_N提供的电压执行DC/DC的电压转换并且亦即可以同步执行最大功率追踪演算，从而最终电压转换电路BS_K所输出的直流输出电压产生在电压转换电路BS_K的第一输出端NO1和第二输出端NO2之间，输出电压施加在电压转换电路BS_K的输出电容C_O的第一端ND1和第二端ND2之间，可认为输出电容C_O的第一端ND1和第二端ND2分别连到电压转换电路BS_K的第一输出端NO1和第二输出端NO2（相当于图1的N1和N2）之间。

参见图2，在BOOST/BUCK/BUCK-BOOST等升压/降压/升降压电路执行最大功率点优化追踪运算时，执行最大功率追踪Maximum Power Point Tracking是业界较为成熟技术，现有技术中常见的最大功率MPPT追踪有恒定电压法、电导增量法以及扰动观察法等，本申请不予赘述。参见图1-2，由多级电压转换电路BS_1、BS_2、……BS_K等串联连接，任意前一级电压转换电路BS_K的第二输出端NO2耦合到相邻后一级电压转换电路BS_K-1的第一输出端NO1，或者说，任意前一级电压转换电路BS_K的输出电容C_O的第二端ND2对应耦合到相邻后一级电压转换电路BS_K-1的输出电容C_O的第一端ND1。依此类推，前一级电压转换电路BS_K+1的第二输出端NO2通过传输线LAN耦合到相邻后一级电压转换电路BS_K的第一输出端NO1等等。最终，在多级电压转换电路BS_1、BS_2、……BS_K等串联连接时它们各自的输出电容C_O相互串联连接：也即BS_1的输出电容C_O和BS_2的输出电容C_O和BS_3的输出电容C_O……和BS_K的输出电容C_O等通过传输线LAN串联连接，所以转换电路BS_1、BS_2、……BS_K等提供的总电压等于电压转换电路BS_1、BS_2、……BS_K它们各自的输出电容C_O上的电压的叠加值：相当等于BS_1的输出电容C_O两端的电压加上BS_2的输出电容C_O两端的电压再加上BS_3的输出电容C_O两端的电压……至再加上BS_K的输出电容C_O两端的电压等等。换句话说：连接线LAN将电压转换电路BS_1至BS_K串联起来，注意连接线LAN除了提供直流电压的叠加路径还提供载波的传播路径。

参见图3，至少一组光伏组件配置成向一个功率优化电路提供电源，该功率优化电路具有与所述至少一组光伏组件中光伏组件数量一致的多个电压转换电路；其中与所述至少一组光伏组件对应的多个电压转换电路中：每一个电压转换电路均用于对所述至少一组光伏组件中的一个相应的电池组件单独执行最大功率追踪；以及与所述至少一组光伏组件对应的多个电压转换电路设置成并联连接，使它们各自输出的电压共同输出在与所述至少一组光伏组件对应的功率优化电路的一个输出电容上。例如在具体的实施例中：至少一组光伏组件PV_1和PV_2配置成向一个功率优化电路POC提供电源，该功率优化电路POC具有与所述至少一组光伏组件PV_1和PV_2中光伏组件数量（例如两个）一致的多个电压转换电路BS_1和BS_2，这里的数量仅仅作为阐释不作为限制；其中与所述的至少一组光伏组件PV_1和PV_2对应的多个电压转换电路BS_1和BS_2中：每一个电压转换电路均用于对所述至少一组光伏组件中的一个相应的电池组件单独执行最大功率追踪，即第一个电压转换电路BS_1用于对一个相应的电池组件PV_1单独执行最大功率追踪，和第二个电压转换电路BS_2用于对一个相应的电池组件PV_2单独执行最大功率追踪；以及与所述至少一组光伏组件PV_1和PV_2对应的多个电压转换电路BS_1和BS_2设置成并联连接，使得BS_1和BS_2它们各自输出的电压共同输出在与所述至少一组光伏组件对应的功率优化电路的一个输出电容上，即相当于使得电压转换电路BS_1和BS_2输出的电压共同输出在与所述至少一组光伏组件PV_1和PV_2对应的功率优化电路POC的一个输出电容C_O上。电压转换电路采用BOOST/BUCK/BUCK-BOOST等。

参见图3，第二个光伏组件PV_2利用第二个电压变换电路BS_2来产生期望的电压输出。功率优化电路POC中的第二个电压转换电路BS_2的第一输入端NI1连接到光伏组件PV_2的正极，第二个电压转换电路BS_2的第二输入端NI2则连到相应与BS_2电路唯一对应的一个光伏组件PV_2的负极。第二个电压转换电路BS_2的第一输出端NO1连接到功率优化电路POC唯一对应的输出电容C_O的第一端ND1，以及第二个电压转换电路BS_2的第二输出端NO2连接到功率优化电路POC唯一对应的输出电容C_O的第二端ND2。参见图3，第一个光伏组件PV_1利用第一个电压变换电路BS_1来产生期望的电压输出。功率优化电路POC中的第一个电压转换电路BS_1的第一输入端NI1连接到光伏组件PV_1的正极，及第一个电压变换电路BS_1的第二输入端NI2则连接到相应的与BS_1电路唯一对应的一个光伏组件PV_1的负极。其中第一个电压转换电路BS_1的第一输出端NO1连接到功率优化电路POC唯一对应的输出电容C_O的第一端ND1，第一个电压转换电路BS_1的第二输出端NO2连接到功率优化电路POC唯一对应的输出电容C_O的第二端ND2。实际上第一端ND1和第二端ND2可视为含有BS_1和BS_2的功率优化电路POC的第一输出端和第二输出端，用于产生输出电压。执行最大功率追踪在业界主要是由处理器200驱动BS_1和BS_2的开关管或功率MOSFET来实现，现有技术中常见的最大功率MPPT追踪有恒定电压法、电导增量法及扰动观察法等。

参见图4，例如在具体的实施例中：至少一组光伏组件PV₂和PV₁配置成向一个功率优化电路POC提供电源，功率优化电路POC具有与至少一组光伏组件PV₂和PV₁中光伏组件数量（例如两个）一致的多个电压转换电路BS₁和BS₂，这里的数量仅仅作为阐释不作为限制；其中，与所述的至少一组光伏组件PV₂和PV₁对应的多个电压转换电路BS₁和BS₂中：每一个电压转换电路均用于对所述至少一组光伏组件中的一个相应的电池组件单独执行最大功率追踪，也即第一个电压转换电路BS₁用于对一个相应的电池组件PV₁单独执行最大功率追踪，和第二个电压转换电路BS₂用于对一个相应的电池组件PV₂单独执行最大功率追踪；以及与所述至少一组光伏组件PV₂和PV₁对应的多个电压转换电路BS₁和BS₂设置成并联连接，使得它们各自输出的电压共同输出在与所述至少一组光伏组件对应的功率优化电路的一个输出电容上，即电压转换电路BS₁和BS₂输出的电压共同输出在与所述至少一组光伏组件PV₂和PV₁所唯一对应的一个功率优化电路POC的一个输出电容C_O上。业界对组件PV₂和PV₁执行最大功率追踪在业界主要是由处理器200驱动BS₁和BS₂的开关管IGBT或MOSFET来实现的。例如在具体的实施例中：至少一组光伏组件PV_N和PV_M配置成向一个功率优化电路POC提供电源，功率优化电路POC具有与至少一组光伏组件PV_N和PV_M中光伏组件数量（如两个）一致的多个电压转换电路BS₁和BS₂，这里的数量仅仅作为阐释不作为限制；其中与所述的至少一组光伏组件PV_N和PV_M1对应的多个电压转换电路BS₁和BS₂中：每一个电压转换电路均用于对所述至少一组光伏组件中的一个相应的电池组件单独执行最大功率追踪，也即第一个电压转换电路BS₁用于对一个相应的电池组件PV_M单独执行最大功率追踪，和第二个电压转换电路BS₂用于对一个相应的电池组件PV_N单独执行最大功率追踪；以及与所述的至少一组光伏组件PV_M和PV_N对应的多个电压转换电路BS₁和BS₂设置成并联连接，使得它们各自输出的电压共同输出在与所述至少一组光伏组件对应的功率优化电路的一个输出电容上，即电压转换电路BS₁和BS₂输出的电压共同输出在与所述至少一组光伏组件PV_N和PV_M唯一对应的一个功率优化电路POC的一个输出电容C_O上。

参见图4，与一组光伏组件PV₂和PV₁对应的电压转换电路BS₂和BS₁中：每个电压转换电路的第一、第二输出端则分别耦合到与所述至少一组光伏组件对应的一个功率优化电路的输出电容的第一端和第二端，也即使得第一个电压转换电路BS₁的第一和第二输出端NO1和NO2分别耦合到与该所述的至少一组光伏组件PV₂和PV₁对应的一个功率优化电路POC的输出电容C_O的第一端ND1和第二端ND2；以及使得第二个电压转换电路BS₂的第一和第二输出端NO1和NO2分别耦合到与至少一组光伏组件PV₂和PV₁对应的一个功率优化电路POC具有的输出电容C_O的第一端ND1和第二端ND2。在另一个实施例中，与一组光伏组件PV_N和PV_M对应的电压转换电路BS₂和BS₁中：每个电压转换电路的第一、第二输出端则分别耦合到与所述至少一组光伏组件对应的一个功率优化电路的输出电容的第一端和第二端，也即使得第一个电压转换电路BS₁的第一和第二输出端NO1和NO2分别耦合到与该所述的至少一组光伏组件PV₂和PV₁对应的一个功率优化电路POC的输出电容C_O的第一端ND1和第二端ND2；以及使得第二个电压转换电路BS₂的第一和第二输出端NO1和NO2分别耦合到与一组光伏组件PV₂和PV₁对应的一个功率优化电路POC具有的输出电容C_O的第一端ND1和第二端ND2。最终由多级所述功率优化电路POC串联连接，任意前一级功率优化电路POC的输出电容C_O的第二端ND2耦合到相邻后一级功率优化电路POC的输出电容C_O的第一端ND1，从而通过串接线LAN将多级所述功率优化电路POC各自的全部输出电容C_O全部串联连接起来。在多级的所述功率优化电路POC串联连接时它们各自的输出电容C_O相互串联连接，多级所述功率优化电路POC提供的总电压等于多级所述功率优化电路POC各自的输出电容C_O上的电压的叠加值。最终，在多级功率优化电路POC串联连接时它们各自的输出电容C_O相互串联连接：也即第一级POC的输出电容C_O和第二级POC的输出电容C_O和第三级POC的输出电容C_O……和第K级POC的输出电容C_O等通过传输线LAN串联连接，多级优化电路POC提供的总电压等于第一级POC、第二级POC、……直至第K级POC它们各自的输出电容C_O上的电压的叠加值：相当等于第一级POC的输出电容C_O两端的电压加上第二级POC的输出电容C_O两端的电压再加上第三级POC的输出电容C_O两端的电压……至再加上该第K级POC的输出电容C_O两端的电压等等。换句话说：连接线LAN将第一级至第K级的POC串联起来，注意连接线LAN除了提供直流电压的叠加路径还提供载波的传播路径。

参见图5，采集和分析光伏电池参数的数据采集端（例如汇流箱或逆变器等）通常是具备解码器DECODER，而解码器则是带有图示的传感器模块131和带通滤波器模块及处理单元175等，电力线穿过传感器模块131（如罗氏空心线圈传感器等）藉此由传感器模块131来侦测传输线上的载波信号，带通滤波器模块再对传感器模块131感测到的载波信号进行进一步地滤波，滤除掉不在指定频率范围内的杂波，相反只有在指定频率范围内的那些载波信号Carrier Signal才可以表示预期的真实载波信号，处理单元175接收真实载波信号和解码其载波数据。数据采集端的数据还可以送到云端服务器或者是计算机或者是移动终端，譬如，在手机的专用APP上能很方便的分析光伏电池参数。

本申请披露了一种基于上述的提高光伏电池安全等级的功率优化系统的实现光伏电池监测的方法，用于诊断电池，每一个光伏电池对应配置的处理器同步还监测该光伏电池的工作参数，该方法包括：在各个光伏电池处于非最大功率点追踪的第一工作状态，或在各个光伏电池进入追踪最大功率点的第二工作状态，由每一个光伏电池配置的处理器将其工作参数传输给采集端视为诊断该光伏电池的依据，藉此实现该光伏电池在第一或第二工作状态下被监测。本申请在基于监测到的电池数据的基础上披露了诊断电池的方式，其中在第一工作状态条件下采集至少在一个预设时间周期t内的一个电池组串中各个光伏组件PV1…PVN的一种或多种不同类型的工作参数，将各个光伏组件PV1…PVN的指定类型的工作参数在预设时间周期t内的集合{F₁、F₂、F₃…F_N}与电池组串中每一个光伏组件个体在该预设时间周期内的指定类型的工作参数进行比较，基于比较结果至少判断出电池组串中每一个光伏组件是否发生发电异常事件。例如：依据集合{F₁、F₂、F₃…F_N}所计算出指定类型的工作参数的一个高位诊断阈值D_UPPER和一个低位诊断阈值D_LOWER，并判断出电池组串中每一个光伏组件在该预设时间周期内监测到的该指定类型的工作参数是否超出高位和低位诊断阈值的范围，不在范围D_LOWER-D_UPPER内则予以警示，告知电池的诊断结果是异常。还例如：依据在预设时间周期t内电池组串中各个光伏组件的指定类型的工作参数的集合{F₁、F₂、F₃…F_N}计算出的数学均值M和数学均方差值S，藉此确定高位和低位诊断阈值。其中，高位诊断阈值D_UPPER和低位诊断阈值D_LOWER可以是关于数学均值M和数学均方差值S的函数，以便得到确定的值。

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综上所述，在第一工作状态和第二工作状态下监控光伏电池的电压、电流、功率及温度和发电量等工作参数是光伏发电系统中很重要的一个环节。光伏电池的工作参数监控在实际的应用场合更多的是采用了电力线载波作为通讯手段，依靠电力载波很容易就能将光伏电池的参数作为通信数据传递到光伏电池提供光伏电压的电力线上，再从电力线上进行载波信号的解码即可撷取光伏电池的实时参数。此外，当前的各种标准无线通信技术也被广泛的推行到光伏电池的工作参数监控的应用场合。

在一个可选实施例中：在第一工作状态下，采集至少在一个预设时间周期t内的一个电池组串中各个光伏组件PV1…PVN的一种或多种不同类型的工作参数，不同类型的工作参数典型的例如有电压、电流、温度、功率或说发电量等等需要监控的参数数据。预设时间周期t可以是一天内的某个连续的时间段也可以是一天内不同的几个时间段。例如光伏组件PV1在某一天上午的一个预设时间周期t-1的某种工作参数记作F₁，组件PV2在某一天上午的一个预设时间周期t-1的某种工作参数记作F₂，依此类推，……直至光伏组件PVN在某一天上午的一个预设时间周期t-1的某种工作参数记作F_N，这个工作参数例如是电压，就得到了期望得到的数值集合，即电池组串中各个光伏组件PV1…PVN各自的指定类型的工作参数在预设时间周期t内的集合{F₁、F₂、F₃…F_N}，工作参数例如是电压值，先行假定光伏组件PV1在这一天上午的一个预设时间周期t-1的电压工作参数记作F₁，光伏组件PV2在这一天上午的一个预设时间周期t-1的电压工作参数记作F₂，依此类推，……光伏组件PVN假定在这一天上午的一个预设时间周期t-1的电压工作参数记作F_N，然后我们在分析预设时间周期t-1内的集合{F₁、F₂、F₃…F_N}时候发现，某个组件的电压比较异常，其中的光伏组件PV3在这一天上午的预设时间周期t-1的电压工作参数记作F₃突然比其他的所有的光伏组件的电压{F₁、F₂、F₄…F_N}都要表现得过大或者是过小，则认为光伏组件PV3在这一天上午的预设时间周期t-1的电压工作参数记作F₃是由于某种因素引发的异常，可能光伏组件PV3被遮挡而电压变小，或光伏组件PV3由于品质问题导致自身的光电转换效益较低。这里仅仅是以电压类型的工作参数为例，工作参数例如是电压当然也可以是电流或温度或发电量等，例如光伏组件PV3衰减严重导致其在预设时间周期t-1的发电量变小，而相比较而言，整个串联的组件中余下的其他光伏组件PV1-2及PV4-PVN衰减相对较小导致其他组件的在预设时间周期t-1的电量比光伏组件PV3要多。此外，例如光伏组件PV3安装方位有所偏差导致其在预设时间周期t-1的发电量变小，而相比较而言，整个串联的组件中余下的其他光伏组件PV1-2及PV4-PVN的安装方位正确导致其他组件的在预设时间周期t-1的电量比光伏组件PV3要多。因此只要我们将电池组串中的各个光伏组件PV1…PVN的指定类型的工作参数在预设时间周期t内的集合{F₁、F₂、F₃…F_N}与电池组串中每一个光伏组件个体在该预设时间周期t内的指定类型的工作参数进行比较，我们基于比较结果至少判断出电池组串中每一个光伏组件PV是否发生发电异常事件。预设时间周期t还可以是某一天内的早晨太阳刚升起来的时段或中午或傍晚的时段。光伏电池在“各个光伏电池相互串联连接成电池串组、但没有进入追踪最大功率点的工作状态”的第一工作状态下，该实现光伏电池监测的方法用来诊断电池的作用尤为突出，可预防问题电池直接并网发电导致灾难后果。

预设时间周期t的选择方式并不唯一，它可以是某一天内的一个连续时间段也可以分散的时间段。例如，光伏组件PV1在某一天Day的一个预设时间周期t1（例如在这一天在上午截取时间段t1-1、中午截取时间段t1-2、傍晚截取时间段t1-3等）的某种工作参数记作F₁，相类似的，光伏组件PV2在某一天Day的一个预设时间周期t1（例如在这一天在上午截取时间段t1-1、中午截取时间段t1-2、傍晚截取时间段t1-3等）的某种工作参数记作F₂，类推…直至光伏组件PVN在某一天Day的一个预设时间周期t1（例如在这一天在上午截取时间段t1-1、中午截取时间段t1-2、傍晚截取时间段t1-3等）的某种工作参数记作F_N。这里预设时间周期t1实际上是这一天在上午截取时间段t1-1、中午截取时间段t1-2、傍晚截取时间段t1-3这三个时间段的和值，当然预设时间周期t1也不限制于三个特定的时间段，早上中午傍晚甚至有月亮的晚上都可取样，也即可以取样预设时间周期t1在某一天Day取样的次数也不必限制在三个。唯独必须注意的是，第一个光伏组件PV1在某一天Day的预设时间周期t1得到工作参数F₁，第二个光伏组件PV2必须在相同的这一天Day的相同的一个预设时间周期t1得到工作参数F₂，类推…直至光伏组件PVN必须在相同这一天Day的相同一个预设时间周期t1得到工作参数F_N，意思就是采集同一个电池组串string中各个不同光伏组件PV1…PVN的指定类型的工作参数的数值集合{F₁、F₂、F₃…F_N}，必须在同一天的同一个预设时间周期内进行统计的，这个预设的时间周期t1不一定要是连续的，可以是断续的，例如该实施例中预设时间周期在上午太阳刚升起的时候截取了第一个子时间段t1-1，如早晨5:00-9:00；中午阳光辐射强度大的时间段又再单独截取了第二个子时间段t1-2，如中午12:00-15:00；傍晚辐射不是很强的时段截取了第三个子时间段t1-3，如傍晚17:30-19:00；预设时间周期可以包括更多的子时间段，其可以是连续的时间段，可以是本实施例中断续的数个子时间段。

预设时间周期t的选择方式并不唯一，它可以是某几天内的一个连续时间段也可以分散的时间段。例如光伏组件PV1在某几天Day1-DayQ的一个预设时间周期t_1（例如在某一天Day1截取时间段t_1-1、某一天Day2截取时间段t_1-2、……某一天DayQ截取时间段t_1-Q等）的某种工作参数记作F₁，这里Q是一个大于1的自然数。相类似的光伏组件PV2在某几天Day1-DayQ的一个预设时间周期t_1（例如在某一天Day1截取时间段t_1-1、某一天Day2截取时间段t_1-2、……某一天DayQ截取时间段t_1-Q等）的某种工作参数记作F₂，依次类推……直至光伏组件PVN在某几天Day1-DayQ的一个预设时间周期t_1撷取的（例如在某一天Day1截取时间段t_1-1、某一天Day2截取时间段t_1-2、…某一天DayQ截取时间段t_1-Q等）的某种工作参数记作F_N。这个实施例中预设时间周期t_1实际上是在某一天Day1截取时间段t_1-1、和某一天Day2截取时间段t_1-2、……及某一天DayQ截取时间段t_1-Q等的和值。必须注意的是，第一个光伏组件PV1在这几天Day1-DayQ的预设时间周期t_1得到工作参数F₁，而且第二个光伏组件PV2也必须在相同的这几天Day1-DayQ的相同的一个预设时间周期t_1得到工作参数F₂，依次类推…直至光伏组件PVN必须在相同这几天Day1-DayQ的相同一个预设时间周期t_1得到工作参数F_N。其意思就是：采集同一个电池组串string中各个不同光伏组件PV1…PVN的指定类型的工作参数的数值集合{F₁、F₂、F₃…F_N}，必须在相同的若干天的同一个预设时间周期t_1内进行统计的。这个预设的时间周期t_1不一定要是连续的可以是断续的，例如该实施例中预设时间周期t_1在第一天Day1选取了第一个子时间段t_1-1，如第一天早上开始到晚上结束6:00-17:00；预设时间周期t_1在第二天Day2选取了第二个子时间段t_1-2，如早上开始到中午结束7:00-12:00；预设时间周期t_1在第三天Day3选取了第三个子时间段t_1-3，如早上开始到晚上结束6:10-18:10；依此类推直至预设时间周期t_1在第Q天DayQ选取了第Q个子时间段t_1-Q，如第Q天下午开始到晚上结束13:00-18:00。当然在该实施例中预设时间周期t_1还可以包括更多的子时间段，这里以Q个子时间段是作为示范。预设时间周期既以是上文中某一天中连续的一个时间段t-1，可以是某一天多个的断续的子时间段｛t1-1、t1-2、t1-1……｝，除此之外还可以是本实施例中披露的那样，预设时间周期是在若干天Day1-DayQ中分别选取的若干个子时间段｛t_1-1、t_1-2、t_1-3……｝。预设时间周期可以是各种时间单位，常规使用的例如毫秒、秒、分钟、小时甚至天数、一周或几周甚至一个月甚至几个月等，当然也可以用季度、年作为时间计算单位，但是最简单的方式就是把天数或者周数或者月数甚至年数都转化为如小时之类的计时单位。

本申请所披露的一种实现光伏电池监测的方法，最重要的方法之一就是要怎么甄别同一个的电池组串/string中某些特殊组件有别与其他普通组件的差异性。依据上文中统计的所述集合{F₁、F₂、F₃…F_N}就能够所计算出所述指定类型的工作参数（例如发电量或电压或电流或温度或功率等）在预设时间周期t的一个高位诊断阈值D_UPPER和一个低位诊断阈值D_LOWER，虽然上文以预设时间周期t-1和预设时间周期t1以及预设时间周期t_1等等为例来阐述预设时间周期t，但是我们在依据集合{F₁、F₂、F₃…F_N}计算高位诊断阈值和低位诊断阈值仍然以预设时间周期t作为表现方式。撷取高位诊断阈值D_UPPER和低位诊断阈值D_LOWER，我们就能够以它们作为基准来考核和判断电池组串string中每一个个体的光伏组件在该预设时间周期t内监测到的该指定类型的工作参数是否超出所述高位和低位诊断阈值的范围，通常如果不在范围D_LOWER-D_UPPER内则予以警示，告知参数我们需要检查不在该范围内的那些组件是否存在故障或过度衰减等。通常每一个光伏组件的电压或电流或温度等指定参数在该预设时间周期t内可能不是很平稳，略有波动，那么我们就取某种指定参数该预设时间周期t内的平均值，并判断光伏组件在预设时间周期t内监测到的该指定类型的工作参数的平均值是否超出高位和低位诊断阈值的范围。注意这里的由数据分析给出的警示不一定是表示该组件就一定是损坏或发生故障，例如某个特殊组件自身的发电量远超过发电量这种指定工作参数的高位诊断阈值D_UPPER，很可能是这个组件质量可靠但是同一个电池组串中其他余下的组件质量不佳，这里的警示反而是表征了其他组件的品质不佳以及该特殊组件较之其他组件的品质更好，基于比较结果至少能够判断出电池组串中每一个光伏组件是否发生发电异常事件。光伏电池在“各个光伏电池相互串联连接成电池串组、但没有进入追踪最大功率点的工作状态”的第一工作状态下，该实现光伏电池监测的方法用来诊断电池的作用尤为突出，尤其是安装阶段那些故障电池可以提前发现和筛选，可防止问题电池直接进入阵列并网发电导致灾难后果。

上述的可实现光伏电池监测的方法，其中依据在预设时间周期t内电池组串string中各个光伏组件PV1…PVN的指定类型的工作参数的集合{F₁、F₂、F₃…F_N}计算出的数学均值M和数学均方差值S，确定高位诊断阈值D_UPPER和低位诊断阈值D_LOWER。我们先算出集合{F₁、F₂、F₃…F_N}的数学均值M和数学均方差值S。

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关于高位诊断阈值D_UPPER和低位诊断阈值D_LOWER可以是关于M和S的函数，根据数学均值M和数学均方差值S来确定诊断阈值，这里高位诊断阈值D_UPPER和低位诊断阈值D_LOWER均是关于数学均值M和数学均方差值S的函数。我们先行设定该高位诊断阈值D_UPPER等于M＋K*S，低位诊断阈值D_LOWER等于M－K*S，这里的K是正数就能满足条件。上文已经阐述，通常每一个光伏组件PV的电压或电流或温度等指定参数在该预设时间周期t内可能不是很平稳而是波动的，那么就取这种指定参数在该预设时间周期t内的平均值，并判断光伏组件在预设时间周期t内监测到的该指定类型的工作参数的平均值是否超出高位和低位诊断阈值的范围D_LOWER-D_UPPER，某种参数在该预设时间周期t内的平均值不在范围内则应当予以警示。在另一些可选的实施例中，例如发电量可以无需取平均值，而直接判断在预设时间周期t内监测到的实际发电量是否超出发电量参数的高位和低位诊断阈值的范围D_LOWER-D_UPPER，发电量不在范围内则应当予以警示。应该注意由于同一个电池组串string中不同的组件PV1-PVN是串联关系，串联关系的组件有一个本质上的特征，这就是组件PV1-PVN各自的电流在该预设时间周期t内基本上是一起波动变化的，由于组件PV1-PVN各自的电流在预设时间周期t内的某个时间点是基本相同的，但是电流大小却影响着发电量和功率等，也即电流影响着部分指定工作参数在监测过程中的准确度。为了更精细化/精准化的判断出电池组串中每一个光伏组件在该预设时间周期内监测到的该指定类型的工作参数是否超出高位和低位诊断阈值的范围，而不是仅仅在一个较宽范围内进行甄别，需要再设计一套规则来做基准：假设组件PV1-PVN的电流在该预设时间周期t内的平均值为I_AVE，设定该高位诊断阈值D_UPPER从原来的M＋K*S修正为后续的(M＋K*S)/I_AVE，与此同时，将低位诊断阈值D_LOWER从原来的M－K*S修正为后续的(M－K*S)/I_AVE，然后再判断出电池组串中每一个光伏组件在该预设时间周期内监测到的该指定类型的工作参数是否超出所述高位和低位诊断阈值的范围，或者是判断光伏组件在预设时间周期t内监测到的该指定类型的工作参数的平均值是否超出高位和低位诊断阈值的范围D_LOWER-D_UPPER。在这种条件下，电池组串中光伏组件PV1-PVN各自的电流在该预设时间周期t内一起波动变化，我们能精准的基于比较结果至少判断出电池组串中每一个光伏组件是否发生发电异常事件，必须着重说明的是，这种检测规则仅仅只是在光伏组件PV1-PVN相互串联而具备同步变化的串联电流的条件下才是精确的，否则这种规则不适用，譬如，光伏组件PV1-PVN并联就不应该采用该措施来检测。如果不采用多级电压转换器BS1-BSN而直接让光伏组件PV1-PVN串联来提供总的串级电压，则光伏组件PV1-PVN的电流在预设时间周期t内的平均值为I_AVE表示流过组件PV1-PVN它们各自内阻的平均电流，如果采用多级电压转换器BS1-BSN则光伏组件PV1-PVN的电流在该预设时间周期t内的平均值为I_AVE实际是流过串联形式的电压转换器BS1-BSN的平均电流。流过组件PV1-PVN各自内阻的串联电流I_S在不同的时刻都有波动起伏，但是流过任意两个不同的光伏组件的电流（如PV1的电流I_S1和PVN的电流I_SN）在任意的时刻都是相同的，这是串联的特征；流过电压转换器BS1-BSN各自的串联电流I_B在不同的时刻都有波动起伏，但流过任意两个不同电压转换器的电流（如BS1的电流I_B1和BSN的电流I_BN）在任意的时刻都是相同的，这是串联的特征。此时高位诊断阈值D_UPPER被定义为上述的(M＋K*S)/I_AVE及低位诊断阈值D_LOWER被定义为上述(M－K*S)/I_AVE实质表示了不同组件之间同步变化的串级电流参与了对工作参数即数据的诊断误差的抑制，在判断电池组串中每一个光伏组件在该预设时间周期内监测到的该指定类型的工作参数是否超出高位和低位诊断阈值的范围的程序中，该措施可以较高程度的降低第一工作状态下发生误判的概率。光伏电池在“各个光伏电池相互串联连接成电池串组、但没有进入追踪最大功率点的工作状态”的第一工作状态下，该实现光伏电池监测的方法用来诊断电池的作用尤为突出，故障电池可提前发现和筛选，防止问题电池直接并网发电导致灾难后果。

上述的可实现光伏电池监测的方法，在确定高位和低位诊断阈值D_LOWER-D_UPPER的步骤中，设置一系列等级不同的诊断阈值范围Range-1、Range-2……Range-X并且每一级诊断阈值范围Range-X（X是大于等于1的自然数）均包括高位诊断阈值D_UPPER和低位诊断阈值D_LOWER。设计等级不同的诊断阈值范围Range-1、Range-2…Range-X是考虑到有些情况下我们即便诊断出某些参数略有超过规格，但是可能是允许的，例如飘过组件上方的云朵等引起遮挡是属于意外情况，发生略微的不太明显的升温是允许的，这种警示我们可以选择不予理会或者采取进一步措施，但是例如覆盖于电池板表面的污垢引起了电池板的同样的升温效果，我们却不能忍受必须采取应对措施。所以等级不同的诊断阈值范围就表面了警示的等级或说是重要性，例如：等级高则反映光伏组件被检测的某些参数偏的离程度更大，等级低则反映光伏组件被检测的某些参数偏的离程度略小。等级高的诊断阈值范围的高位诊断阈值低于等级低的诊断阈值范围的高位诊断阈值及等级高的诊断阈值范围的低位诊断阈值高于等级低的诊断阈值范围的高位诊断阈值。暂时以等级高的诊断阈值范围Range-(X)和等级低的诊断阈值Range-(X－1)为例，等级高的诊断阈值范围Range-(X)的高位诊断阈值D_UPPER（M＋1.5*S）低于等级低的诊断阈值Range-(X－1)范围的高位诊断阈值D_UPPER（M＋1.7*S），以及还有等级高的诊断阈值范围Range-(X)的低位诊断阈值D_LOWER（M－1.5*S）高于等级低的诊断阈值范围Range-(X－1)的低位诊断阈值D_LOWER（M－1.7*S），意思是设置的等级Range越高则越容易触发警示，反之设置的等级Range越低则允许被检测的参数的波动范围则更大。基于在相同的一个电池组串string不同的光伏组件PV1-PVN之间相互横向比较，整体思路是找出那些比较特殊的组件PV，特殊组件的参数和其他组件的输出特性{F₁、F₂、F₃…F_N}存在差异，例如发电量过低或温度过高或过压及低压等异常发电情况。

参见图1，电池组串String由彼此连接的光伏组件PV1、PV2…PVN串接，换言之光伏电池PV1-PVN直接串联。相比之下，图6中电池彼此间呈现为独立个体、没有相互串联连接的工作状态，LAN上标识的叉叉表示断开，电池PV1-PVN处于非最大功率点追踪的第一工作状态，它们彼此间是断开的没有串联，此时限定：每一个光伏电池配置的电压转换电路输出的电压与该光伏电池产生的原始电压之比的比例值小于1。

综上所述，光伏电池的一种或多种不同类型的工作参数至少包括发电量、电压以及电流、温度和功率等。在部分实施例中，发电量需要考虑填充因子，如开路电压和断路电流之乘积再乘以填充因子，在大部分地区填充因子介于70-80%之间。此外作为可选的其他实施例，功率优化系统还包括和处理器相连的声控传感器模块或震动传感器模块，当声控传感器模块在接收到外部声控指令时，外部声控指令（如声音口令）通知处理器改变一种或多种不同类型的工作参数的当前输出量相对于实际值的偏移程度，例如作为输出量的输出电压和作为实际值的输入电压的预设比例关系变得更小或变得更大，处理器改变电压转换电路的输出电压的大小也即相当于改变输出量相对于实际值的偏移程度，但预设比例仍小于1，例如将某特定电压转换电路当前输出电压VOA改为VOB；或当震动传感器模块在接收到外部震动指令时，外部震动指令（如敲击内部安装有该系统的设备的外壳）通知处理器改变一种或多种不同类型的工作参数的当前输出量相对于实际值的偏移程度，譬如原本的输出电压和输入电压的预设比例关系变得更小或变得更大，处理器改变电压转换电路的输出电压的大小也即相当于改变输出量相对于实际值的偏移程度，例如将某特定电压转换电路当前输出电压VOB改为VOA，但预设比例仍小于1。通常敲打机器、发出声响等都是触发声控装置或震动装置等，利用声控或震动装置再发出指令给处理器，处理器收到声控或震动指令后其输出就开始改变工作参数的当前输出量相对于原始实际值的偏移程度，这主要适用于非最大功率点追踪的第一工作状态。在各个光伏电池处于非最大功率点追踪的第一工作状态，每一个光伏组件的一个或多个类型的工作参数由与每一个光伏组件对应的一个电压转换电路输出的电压来表征，意味着：只要任意一个光伏组件PV对应的电压转换电路BS的输出电压（在ND1-ND2之间测量）是确定的，则此时该任意一个光伏组件PV的一个或多个类型的工作参数也是确定的。所以无论是第一还是第二工作状态本申请在保障安全的前提下，能够根据实际情况快速提取光伏电池的各项参数（尤其是其中与安全因素较为密切的电压等参数），藉此判断出光伏电池是否存在故障和判断出存在故障的那些电池的问题所在，从而为提供准确的对策提供依据。

在一个可选实施例中，本申请披露了一种基于上述的提高光伏电池安全等级的功率优化系统的实现光伏电池监测的方法，用于诊断电池，每一个光伏电池对应配置的处理器同步还监测该光伏电池的工作参数，该方法包括：在各个光伏电池处于非最大功率点追踪的第一工作状态，或在各个光伏电池进入追踪最大功率点的第二工作状态，由每一个光伏电池配置的处理器将其工作参数传输给数据采集端视为诊断该光伏电池的依据，藉此实现该光伏电池在第一或第二工作状态下被监测。本申请在基于监测到的电池数据的基础上披露了诊断电池的方式，其中在第一工作状态条件下采集至少在一个预设时间周期t内的一个电池组串中各个光伏组件PV1…PVN的一种或多种不同类型的工作参数，如将各个光伏组件PV1…PVN的输出电压类型的工作参数在预设时间周期t内的集合{V₁、V₂、V₃…V_N}与电池组串中每一个光伏组件个体在该预设时间周期内的输出电压的工作参数进行比较，基于比较结果至少判断出电池组串中每一个光伏组件在第一工作状态条件下是否发生发电异常事件。例如：依据集合{ V₁、V₂、V₃…V_N }计算出输出电压类型的工作参数的一个高位诊断阈值D_UPPER和一个低位诊断阈值D_LOWER，并判断出电池组串中每一个光伏组件各自在该预设时间周期内监测到的输出电压是否超出高位和低位诊断阈值的范围，也即第一个光伏组件产生的输出电压V₁和D_LOWER-D_UPPER比较，以及第二个光伏组件产生的输出电压V₁和D_LOWER-D_UPPER比较，等等，直至第N级的光伏组件产生的输出电压V_N和范围D_LOWER-D_UPPER比较，如果输出电压V₁或V₂…或V_N等不在范围D_LOWER-D_UPPER内则予以警示，尤其是输出电压V₁或V₂…或V_N高于D_UPPER则电池的诊断结果是异常并且很可能无法保障我们预期的安全等级。还例如：我们可以依据在预设时间周期t内电池组串中各个光伏组件的指定类型的工作参数的集合{V₁、V₂、V₃…V_N }计算出的数学均值M和数学均方差值S，藉此确定高位和低位诊断阈值。其中高位诊断阈值D_UPPER和低位诊断阈值D_LOWER可以是关于数学均值M和数学均方差值S的函数以得到确定的值，至于高位和低位诊断阈值的函数关系在上文已经详细披露。

以上通过说明和附图的内容，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。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 (11)

1.一种提高光伏组件安全等级的功率优化系统，其中，用于提供串级电压的每一个电池串组均设置有相互串联的多个光伏组件，其特征在于：

每一个光伏组件均配置有一个用于执行最大功率点追踪的电压转换电路并且由电压转换电路输出该光伏组件实施电压转换后的电压；

在各个光伏组件处于非最大功率点追踪的第一工作状态，每一个光伏组件的一个或多个类型的工作参数由与每一个光伏组件对应的一个电压转换电路输出的电压来表征，而且此时钳制电压转换电路输出的电压低于其接收的电压；

在各个光伏组件已进入追踪最大功率点的第二工作状态，每一个光伏组件的一个或多个类型的工作参数的当前输出量为使该光伏组件工作在最大功率点而输出的值。

2.根据权利要求1所述的提高光伏组件安全等级的功率优化系统，其特征在于，第一工作状态至少包括：

各个光伏组件彼此间呈现为独立个体、没有相互串联连接的工作状态。

3.根据权利要求1所述的提高光伏组件安全等级的功率优化系统，其特征在于，第一工作状态还包括：

各个光伏组件相互串联连接成电池串组、但没有进入追踪最大功率点的工作状态。

4.根据权利要求3所述的提高光伏组件安全等级的功率优化系统，其特征在于，每一个光伏组件均配置有用于驱动其配套的电压转换电路执行最大功率点追踪的处理器，每一个光伏组件配置的处理器同步还监测该光伏组件的工作参数；

在各个光伏组件已经相互串联成电池串组但处于第一工作状态的条件下，由每一个光伏组件配置的处理器将其工作参数以载波的方式广播出来以实现该光伏组件被监测。

5.根据权利要求1所述的提高光伏组件安全等级的功率优化系统，其特征在于，电池串组中多个光伏组件串联的方式是它们各自对应的一系列电压转换电路相互串联：

由任意一个电压转换电路接收与其唯一对应的一个光伏组件提供的原始电压、并由任意一个电压转换电路输出与其唯一对应的光伏组件实施电压转换后的电压；或者

由同一个电压转换电路接收一组光伏组件并联后提供的原始电压、并由同一个电压转换电路输出该一组光伏组件并联后实施电压转换后的电压。

6.根据权利要求1所述的提高光伏组件安全等级的功率优化系统，其特征在于，电池串组中多个光伏组件串联的方式是它们对应的一系列功率优化电路相互串联：

由同一个功率优化电路接收至少一组光伏组件提供的电源，该功率优化电路具有与所述至少一组光伏组件中光伏组件数量一致的多个电压转换电路；

其中与所述至少一组光伏组件对应的多个电压转换电路中：每一个电压转换电路均用于对所述至少一组光伏组件中的一个相应的电池组件单独执行电压转换；

以及与所述至少一组光伏组件对应的多个电压转换电路设置成并联连接，使它们各自输出的电压共同输出在与所述至少一组光伏组件对应的功率优化电路的一个输出电容上。

7.根据权利要求6所述的一种基于光伏组件级别的功率优化系统，其特征在于：

每个所述电压转换电路包括耦合到一个光伏组件正负极的第一、第二输入端和包括提供输出电压的第一、第二输出端；

与所述至少一组光伏组件对应的多个电压转换电路中：

每个电压转换电路的第一、第二输出端则分别耦合到与所述至少一组光伏组件对应的一个功率优化电路的输出电容的第一端和第二端。

8.根据权利要求7所述的一种基于光伏组件级别的功率优化系统，其特征在于：

由多级所述功率优化电路串联连接，任意前一级功率优化电路的输出电容的第二端耦合到相邻后一级功率优化电路的输出电容的第一端；

在多级的所述功率优化电路串联连接时它们各自的输出电容相互串联连接，多级所述功率优化电路提供的总电压等于它们各自的输出电容上的电压的叠加值。

9.一种基于权利要求1所述的提高光伏组件安全等级的功率优化系统的实现光伏组件监测的方法，其特征在于，每一个光伏组件对应配置的处理器同步还监测该光伏组件的工作参数，所述的方法包括：

在各个光伏组件处于非最大功率点追踪的第一工作状态，或在各个光伏组件进入追踪最大功率点的第二工作状态，由每一个光伏组件配置的处理器将其工作参数传输给采集端视为诊断该光伏组件的依据，藉此实现该光伏组件在第一或第二工作状态下被监测。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，光伏组件的一种或多种不同类型的工作参数至少包括功率、电压、电流、温度、发电量。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述功率优化系统还包括和处理器相连的声控传感器模块或震动传感器模块，在任意光伏组件处于第一工作状态下：

当声控传感器模块在接收到外部声控指令时通知处理器改变光伏组件的一种或多种不同类型的工作参数的当前输出量相对于实际值的偏移程度；或者

当震动传感器模块在接收到外部震动指令时通知处理器改变光伏组件的一种或多种不同类型的工作参数的当前输出量相对于实际值的偏移程度。