CN109428545A - 用于光伏组件的功率优化器在不同工作模式之间切换的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到用于光伏组件的功率优化器在不同工作模式之间切换的方法，电池串组包括串联的多个光伏组件，光伏组件均配置有执行最大功率点追踪的功率优化器，电池串组中各个光伏组件各自对应的功率优化器串联连接构成一个链路并提供串级电压。瞬态短接待切换工作模式的功率优化器所属的链路所提供的串级电压，侦测被瞬态短接的链路中因为串级电压被短路而诱发的预定指标的变化量，在变化量满足预设的变化条件时，待切换工作模式的功率优化器完成从一种工作模式切换到另一种工作模式。

Description

用于光伏组件的功率优化器在不同工作模式之间切换的方法

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采用可实现降压及升压或升降压型的电压转换电路或功率优化器，能够根据实际情况决定电压转换器在安全工作模式或最大功率点追踪模式等之间切换。

背景技术

个体光伏组件输出往往不足以提供实际功率需求，因此必须以串联并联的方式构成光伏组件阵列来满足设计要求。在选取光伏组件构成阵列时，通常会遇到由于串并联的各个组件的电性参数不一致或串组发生部分或间歇性的遮蔽或老化等因素而导致串并联后的输出功率小于单个组件输出功率之和的情况，专业术语称之为失配损失，随着光伏电站运行年限的增加，它将不同程度得影响整个电站的实际发电量。传统的集中式光伏发电系统由于受到周边建筑物、云朵位置、邻近障碍物的大小等不可预见的因素，将导致光伏组件阵列的功率造成难以估计的损失。因此，近年来国内外学者针对上述局部阴影产生的光伏阵列功率多峰的问题进行了多种全局最大功率点的研究探索取得了一些显著成果，但仍然无法使所有光伏组件工作在各自的最大功率点处，没有彻底解决因局部阴影遮挡问题带来的串组的整体功率的损失。对于集中光伏发电系统，由于只有一个能量变换环节从直流到直流的电压转换，控制时既要考虑跟踪电池板最大功率点，又要保证电网输出电压的幅值相位和正弦度，控制较为复杂逆变器多路输入使用同一个MPPT，不能识别串并联支路光伏组件的差异，会大幅度降低发电效率，因此对于光伏组件参数的离散性或太阳辐射条件的差异造成的能量损失是无能为力的。同时，在串联连接时若电流不匹配，会造成阵列工作在某一状态下时，阵列内个别光伏组件处于反向偏置形成热斑，在并联联接时若电压不匹配，会造成组件阵列工作在某一状态下时，阵列内形成环流热斑和环流都会使串并联联接中的个别组件处于消耗功率的状态，并可能损害组件寿命,特别当光伏组件阵列无法工作在均匀的光照下，产生的失配损失就更大,组件通过接线盒中旁通二极管的连接可将工作异常的电池串旁通，部分减少电池或组件之间的电流不匹配带来的功率损失，但无法消除因电池串组中任意一块低电流的电池组件所带来的电流匹配问题。

功率优化器的发电提升和电站的实际情况有很大关系，如在平坦地面无障碍物遮挡的大型电站和分布式光伏电站两者的提升比例是不相同的，刚投运的光伏电站和并网运行有一定年数的电站安装功率优化器的提升比例也是不相同的，因此有必要通过实际的场景来进行实验，积累数据进行串组分析，可为电站的优化运行提供有益的参考。增加优化器后的全年光伏出力增益，在不同的辐照下提升的比例是不同的。由于阵列中的光伏组件特性不一致容易造成电流失配问题，导致系统的整体发电效率大幅下降。为解决此问题行业内提出了分布式光伏功率优化器的阵列架构，为解决光伏阵列串联组件的电流失配问题提供了新的途径。功率优化器可以在电池组件出厂时直接与电池组件集成为配套的成套电力设备，功率优化器还可以单独另行在安装到电池组件上。对于业界而言，新建的光伏电站采用功率优化器与电池组件集成的方案比较节省成本，对于已经存在的旧有光伏电站的升级改造则需要在原有的组件上去额外地安装附加的功率优化器。安全工作模式或最大功率点追踪模式或休眠模式，是需要考虑的问题，无论是检修还是初次上电或安装等情况，都需要在正常工作模式和安全模式之间切换以保障工作人员或业主的安全。

发明内容

在一个可选的非限制性的实施例中，本申请公开了一种用于光伏组件的功率优化器在不同工作模式之间切换的方法，其特征在于任意一个电池串组均包括串联连接的多个光伏组件，每一个光伏组件均配置有用于执行最大功率点追踪的功率优化器，每一个电池串组中各个光伏组件各自所对应的功率优化器串联连接构成一个链路从而提供串级电压；

所述的方法包括：瞬态短接任意一个待切换工作模式的功率优化器所属的链路所提供的串级电压；侦测链路是否发生瞬态短接事件，所述的待切换工作模式的功率优化器在侦测到瞬态短接事件时即从一种工作模式切换到另一种工作模式。

上述的方法，其特征在于：瞬态短接任意一个待切换工作模式的功率优化器所属的链路所提供的串级电压；侦测被瞬态短接的链路中因为串级电压被短路而诱发的预定指标的变化量；在所述变化量满足预设的变化条件时，待切换工作模式的功率优化器从一种工作模式切换到另一种工作模式。

上述的方法，其特征在于：所述预定指标至少包括流经被瞬态短接的链路的瞬态短接电流和/或包括被瞬态短接的链路的串级电压的瞬态变化率。

上述的方法，其特征在于：功率优化器的工作模式至少包括：功率优化器的输出电压持续低于输入电压的安全模式；功率优化器使与其配对的光伏组件工作在最大功率点的功率追踪模式。

上述的方法，其特征在于：功率优化器的安全模式至少包括：使功率优化器的输出电压与输入电压之比钳制在低于一个预设比例关系。

上述的方法，其特征在于：用作开关模式电源的功率优化器输出与之配对的光伏组件实施直流电压转换后的输出电压；待切换工作模式的功率优化器从一种工作模式切换到另一种工作模式的方式包括：改变用于驱动功率优化器的脉冲宽度调制信号的开关操作频率或占空比，两种不同工作模式下的脉冲宽度调制信号的开关操作频率或占空比不同。

上述的方法，其特征在于：链路中串级电压被短路而诱发的预定指标还包括：串级电压在预设时段内被短路的统计次数符合预期次数。

上述的方法，其特征在于：每一个功率优化器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，其输出电容连接在第一、第二输出端之间；多级功率优化器串联连接的链路中，前一级功率优化器的第二输出端耦合到相邻后一级电压转换电路的第一输出端；多级功率优化器各自的输出电容相互串联连接，链路提供的串级电压等于它当中多级功率优化器各自的输出电容上的电压的叠加值。

上述的方法，其特征在于：链路中串联的多级功率优化器中的首个第一级功率优化器的第一输出端与末尾的最后一级功率优化器的第二输出端之间耦合有控制开关；瞬态短接链路提供的串级电压的方式为：接通控制开关后断开或迅速断开，不允许持续接通。

上述的方法，其特征在于：瞬态短接链路时接通控制开关一个指示时间后再迅速断开控制开关；在侦测到预定指标的变化量满足预设的变化条件、且满足预设的变化条件所持续的时间与指示时间相同时，待切换工作模式的功率优化器才执行工作模式的切换。

在一个可选的非限制性的实施例中，本申请公开了一种用于光伏组件的功率优化器在不同工作模式之间切换的方法，其中电池串组包括串联连接的多个光伏组件；每一个光伏组件均配置有用于执行最大功率点追踪的功率优化器；每一个电池串组中各个光伏组件各自对应的功率优化器串联连接构成一个链路从而提供串级电压；

所述的方法包括：瞬态短接一次或多次待切换工作模式的功率优化器所属的链路提供的串级电压；由待切换工作模式的功率优化器侦测链路是否发生瞬态短接事件，藉由侦测到的瞬态短接事件作为从一种工作模式切换到另一种工作模式的依据。

上述的方法，其特征在于：侦测瞬态短接事件的方式包括侦测串级电压被短路而诱发的预定指标的变化量；在所述变化量满足预设的变化条件时，待切换工作模式的功率优化器才从一种工作模式切换到另一种工作模式。

上述的方法，其特征在于：所述的预定指标至少包括流经被瞬态短接的链路的瞬态短接电流和/或包括被瞬态短接的链路的串级电压的瞬态变化率。

上述的方法，其特征在于：功率优化器的工作模式至少包括：功率优化器的输出电压持续低于输入电压的安全模式；以及功率优化器使与其配对的光伏组件工作在最大功率点的功率追踪模式。

上述的方法，其特征在于：功率优化器的所述安全模式包括：使功率优化器的输出电压与输入电压之比钳制在低于一个预设比例关系。

上述的方法，其特征在于：由用作开关模式电源的功率优化器输出与之配对的光伏组件实施直流电压转换后的输出电压；待切换工作模式的功率优化器实施不同工作模式切换的方式包括：改变用于驱动所述功率优化器的脉冲宽度调制信号的开关操作频率或占空比，使得两种不同工作模式下的脉冲宽度调制信号的开关操作频率或占空比不同。

上述的方法，其特征在于：侦测瞬态短接事件还包括限定：串级电压在预设时段内被短路的统计次数符合预期次数。

上述的方法，其特征在于：每一个功率优化器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，其输出电容连接在第一、第二输出端之间；多级功率优化器串联连接的链路中，前一级功率优化器的第二输出端耦合到相邻后一级电压转换电路的第一输出端；多级功率优化器各自的输出电容相互串联连接，链路提供的总的串级电压等于它当中多级功率优化器各自的输出电容上的电压的叠加值。

上述的方法，其特征在于：链路中串联的多级功率优化器中的首个第一级功率优化器的第一输出端与末尾的最后一级功率优化器的第二输出端之间耦合有控制开关；对链路提供的串级电压实施瞬态短接的方式为：接通该控制开关后迅速断开。

上述的方法，其特征在于：侦测瞬态短接事件的方式包括侦测串级电压被短路而诱发的预定指标的变化量；以及接通该控制开关一个指示时间后再迅速断开控制开关；从而在侦测到预定指标的变化量满足预设的变化条件、且瞬态短接事件所持续的时间与所述指示时间相同时，待切换工作模式的功率优化器才执行工作模式的切换。

在一个可选的非限制性的实施例中，本申请公开了一种在电池串组中实现将光伏组件接入或移除的切换方法，其中：电池串组包括串联连接的多个光伏组件；每一个光伏组件均配置有用于将光伏组件耦合至到电池串组中的接入开关和用于将光伏组件从电池串组中屏蔽的移除开关；

所述的方法包括：瞬态短接一次或多次待切换的光伏组件所属的电池串组提供的串级电压；待切换的光伏组件配置的处理器侦测电池串组是否发生瞬态短接事件，藉由侦测到的瞬态短接事件作为判断从电池串组中将光伏组件接入或移除的依据。

上述的方法，其特征在于：侦测瞬态短接事件的方式包括侦测串级电压被短路而诱发的预定指标的变化量；在所述变化量满足预设的变化条件时，待切换的光伏组件才从接入或移除中的一种模式切换到另一种模式。

上述的方法，其特征在于：所述的预定指标至少包括流经被瞬态短接所诱发的瞬态短接电流和/或包括被瞬态短接所导致串级电压的瞬态变化率。

上述的方法，其特征在于：侦测瞬态短接事件还包括限定：串级电压在预设时段内被短路的统计次数符合预期次数。

上述的方法，其特征在于：实现每一个光伏组件从电池串组中接入或移除的切换模块包括：第一、第二输入端和第一、第二输出端；第一、第二输入端对应分别耦合到对应光伏组件的正负极；接入开关耦合在第一输入端与第一输出端之间或第二输入端与第二输出端之间；移除开关耦合在第一输出端与第二输出端之间；多级切换模块串联连接时，任意前一级切换模块的第二输出端耦合到相邻后一级切换模块的第一输出端；从而多级切换模块提供的总的串级电压等于它当中首个第一级切换模块的第一输出端和末尾最后一级的切换模块的第二输出端之间的电压的叠加值。

上述的方法，其特征在于：电池串组中的全部光伏组件均被各自的移除开关予以旁路短接时，或者至少一部分光伏组件均被各自的移除开关予以旁路短接时，光伏组件从移除模式切换到接入模式的方式为：在电池串组上产生电位差而向电池串组中注入电流，当光伏组件配置的处理器感测到注入电流时恢复到接入模式。

上述的方法，其特征在于：任意一个切换模块在其第一输出端与前一级切换模块的第二输出端之间耦合有用于感测注入电流的分流器；或者任意一个切换模块在其第二输出端与后一级切换模块的第一输出端之间耦合有用于感测注入电流的分流器。

上述的方法，其特征在于：任意一个光伏组件设有一个储能电容为其配置的处理器供电，从光伏组件的正极通过单向传输的二极管向储能电容充电。

上述的方法，其特征在于：串联的多级切换模块中的首个第一级切换模块的第一输出端与末尾的最后一级切换模块的第二输出端之间耦合有控制开关；对电池串组提供的串级电压实施瞬态短接的方式为：接通该控制开关后迅速断开。

上述的方法，其特征在于：侦测瞬态短接事件的方式包括侦测串级电压被短路而诱发的预定指标的变化量；以及接通该控制开关一个指示时间后再迅速断开控制开关；从而在侦测到预定指标的变化量满足预设的变化条件、且瞬态短接事件所持续的时间与所述指示时间相同时，待切换的光伏组件才执行模式的切换。

附图说明

为使上述目的和特征及优点能够更加明显易懂，下面结合附图对具体实施方式做详细的阐释，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是光伏组件先串联成电池串然后由电池串并联给逆变器供电的示意图。

图2是在同一个电池串组中多个光伏组件相互串联连接起来的范例示意图。

图3是一个光伏组件对应由一个电压转换电路进行功率优化的范例示意图。

图4是带有多级电压转换电路的链路被执行一次或多次短路连接的示意图。

图5是带有多级功率优化器的链路被短路在环路中产生短路电流的示意图。

图6是待切换工作模式的功率优化器在不同工作模式间切换的逻辑示意图。

图7是光伏组件利用可实现接入或移除光伏组件的切换模块串联的示意图。

图8是一个光伏组件对应由一个切换模块进行接入或者移除的范例示意图。

图9是带有多级切换模块的链路被短路而在环路中产生短路电流的示意图。

具体实施方式

下面将结合各实施例，对本发明的方案进行清楚完整的阐述，所描述的实施例仅是本发明用作叙述说明所用的实施例而非全部的实施例，基于该等实施例，本领域的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的方案都属于本发明的保护范围。

在开关电源系统中，电源通常是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比来调整输出电压。开关电源主要由输入电路、变换电路以及输出电路和控制单元等组成。功率变换是其核心部分，主要由开关电路组成，某些场合还应用到了变压器。为了满足高功率密度要求，变换器需要工作在高频状态，开关晶体管要采用开关速度高、导通和关断时间短的晶体臂，典型的功率开关有功率晶闸管、功率场效应晶体管和绝缘型双极型晶体管等多种。控制方式分为脉冲宽度调制、脉宽调制和频率调制混合调制、脉冲频率调制等多种，常用脉宽调制方式。开关模式电源SMPS根据输入和输出电压形式的不同，分为交流到交流（AC/AC）变换器如变频器、变压器；还分为交流到直流（AC/DC）变换器如整流器；以及分为直流到交流（DC/AC）变换器例如逆变器等；和分为直流到直流（DC/DC）变换器如电压变换器、电流变换器。本申请中应用到的开关模式电源主要是直流电到直流电的电压转换器。当操作开关模式电源时的开关操作所导致产生的开关噪声会使得在包括开关模式电源的电子设备中产生电磁干扰。开关噪声表示由于配置开关模式电源的功率开关的开关操作频率而发生的噪声分量以及某些谐波分量。当发生电磁干扰时，包括开关模式电源的电力装置的周边电子装置的操作受到干扰。用于抑制电磁干扰发生的惯用方法是改变调制开关操作频率的方法。但是频率调制的方法会产生根据开关操作频率调制的输出电压纹波，该输出电压纹波叠加到由输入电压的纹波引起的输出电压纹波分量上，从而产生更大的输出电压纹波。

在开关电源系统中，本申请充分利用视为功率优化器的直流到直流的电压变换器这种开关电源自身的特性，通过在电压变换电路中加入电感/电容元件，将电压变换电路产生的开关操作所输出电压耦合至电路自身的输入端或输出端，进一步传递至用于提供总的串级电压的公共直流传输线上。

功率优化器是一个直流到直流的降压升压型电压变换器，也是一个单组件级别的电池最大功率追踪电力设备。功率优化器对单组件进行最大功率优化后，传输给终端逆变器进行直流到交流电的处理后，供给本地使用或发电上网。终端逆变器通常可以是无最大功率追踪的纯逆变设备或配有二级最大功率追踪的逆变设备。主流的功率优化器主要分为串联型和并联型，拓扑也略有区别，譬如BUCK或BOOST或BUCK-BOOST电路。

串联型的功率优化器采用的是固定电压的设计理念。简单来说，逆变器控制板根据交流端电压决定一个稳定的直流母线的电压，汇总各串联的优化器收集的最大功率，进而计算出母线电流并通过无线或电力载波传输给优化器。此时每个优化器输出端的电压等于所收集的组件最大功率的功率除以母线电流。当组件出现被遮挡的情况后，该优化器会根据伏安曲线重新确定最大输出功率值，被通过无线或电力载波传输给逆变器控制板。在维持直流母线电压不变的前提下，控制板重新计算母线电流（变小）并反馈给各优化器。此时被遮挡的组件的功率降低，该优化器也会降压来确认输出电流达标。其他未被遮挡的组件的优化器则会升压来达标输出电流。如果组件被遮挡的过于严重，功率优化器就会旁路掉该遮挡严重的组件直到其恢复到可工作状态，这个调节其实是一个电压补足的过程，从而提供给逆变器的最稳定和最优化的直流端母线电压。

并联型的功率优化器同样采用的是固定电压模式。逆变器根据直流电和交流电的闭合环来确定母线电压，每个优化器把各自的输出端电压升压到指定的数值，此时输入逆变器的电流相当于每个优化器收集到的最大功率除以额定的电压后电流的总和。由于厚云层的遮挡对于组件的电压影响不大，主要影响输出的电流，并联式优化器大体不会出现频繁的电压错配调节，而且由于是并联关系，输出的电流又不会彼此影响，所以这的确可以视作并联式优化器相较于串联式的优势。同时如果个别组件被严重的遮挡而无法启动升压设备，优化器自动断开连接并发送报错信号，并且重新启动直到遮挡问题移除。然而相比于串联拓扑，并联拓扑也同样存在着和微型逆变器一样的缺陷，升压跨度较大。目前比较普及的组件开路电压约为38伏，工作电压约为30伏，串联拓扑在正常情况下升压降压范围都是控制在10%-30%间，在电压不足情况下变化范围提升至10%-90%之间。然而并联拓扑和微型逆变器都需要把组件输入电压升压到相当高的数值，约400V左右，显而易见这相当于10倍以上的提升幅度。这对于没有使用变压器的场合，而是仅仅靠开关控制的升压设备是一个比较有挑战性的工作周期。

功率优化器一个最大的拓扑特点就是把组件和逆变器功能性分开，这有别于传统的光伏系统。看似组件通过优化器接入逆变器，事实上组件只是用来启动优化器，而优化器收集组件的最大功率后相互协作给逆变器功能。因为固定电压的技术，不但解决了光伏发电系统的部分遮挡的问题，对于多组串的系统，各组串组件数量也不需要相等，甚至同一串组内的各组件朝向也不需要一样。对于串联型优化器，断路后的开路电压仅仅是1V这样的微小电压，对于并联型优化器，断路后的开路电压最多也就是组件的开路电压，所以对于发电系统的安全性能和可靠性也是一个跨越式的进步。

除了电路拓扑在结构上面的优势，功率优化器在最大功率点追踪算法上也有着先天的优势。传统的最大功率点的追踪算法基本都是基于两种：爬山法和逻辑测算法。先进点的追踪法这些还采用结合法：比如爬山法结合常数范围法，配合固定时间间隔的全扫描法来寻找最大功率点；也有结合斜率极性法和电导增量法，配合探测步伐控制法来寻找最大功率点。这些算法在理想测试条件下，准确率都可以达到99%以上，其实当前最大的挑战是多波峰和光照陡增情况。多波峰的意思是在一个阵列的功率-电流或功率-电压曲线图中出现了多个功率峰值。其形成的原因多种多样，其中之一是因为部分组件因为遮挡而正向偏转了旁路二极管，导致三分之一的电池被绕开而导致串组的工作电压降低，进而出现阵列的电压错配而出现多波峰情况。或者因为遮挡而旁路二极管依然处在反向偏转的未启动状态，而在同一组串中出现电流错配而导致的多波峰情况。多波峰和光照陡增对于许多最大功率点算法有着巨大的影响，由于其不可控和多变性，会混淆追踪器对于探测方向的判断以及对于哪个峰值是最大功率点的判断。其实这种问题的根本原因，就是接入的组件太多了。试想如果每个优化器就只接一个组件，每个组件只有两到三个旁路二极管，而组件间又互不影响，这对于最大功率点的分析和追踪难度有着极大的降低，同时对于控制器的逻辑编辑也是非常的简洁和准确。因为仅仅是一个38伏和8.9安的IV曲线图，优化器的最大功率点追踪并不需要用传统的算法来追踪最大功率点，当前通用的有两种，首先是切点追踪法，其次是配有二级追踪的电阻控制法和电压控制法相结合的方法。正是基于这种优势，才可以让优化器相较于传统的逆变器有着30%左右的产能提升。另外不同于微型逆变器的有限交流功率，功率优化器可以完全传输收集到的功率给逆变器。

功率优化器不但兼容所有的晶硅电池板，还可以匹配到部分薄膜电池系统中去，业界也正在努力让优化器拥有更广阔的兼容范围。然而大多数的微型逆变器无法兼容或自身功能性接地，导致其与目前市场上一部分主流的组件无法匹配。同时，功率优化器的输入电压范围大约在5伏至50伏之间，这样就确保了哪怕组件在严重遮盖的情况下，优化电路依然可以保持启动状态并继续工作。功率优化器可以和第三方逆变器匹配，通过额外的控制盒进行和第三方逆变器的沟通以及对系统的调控。功率优化器或电压转换电路本质上是直流到直流的转换器，如BUCK、BOOST和BUCK-BOOST电路。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同样适用于本申请的电压转换电路，常见的最大功率追踪法有恒定电压法、电导增量法、扰动观察法等，本申请不再对电压转换电路如何执行最大功率追踪MPPT的方案予以赘述。

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。由于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，所以对电池板的长期性和持久性监测是必不可少的。很多内部和外部因素都会导致光伏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，有的甚至超过150℃，导致组件局部区域烧毁或形成暗斑、焊点融化、封装材料老化、玻璃炸裂、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。光伏电站/系统亟待解决的问题就是：能够实时地观察每一块被安装的光伏电池板的工作状态，可以对电池的过温、过压、过流和输出端短接等异常情况进行预警，这对发生异常的电池采取类似于主动安全关断或其他的应急措施是十分有意义的。无论是集中式光伏电站还是分布式小型电站，基于针对光伏组件采集的工作参数数据对于判断和识别那些存在潜在问题的组件十分必要。

在光伏发电领域，光伏组件或称光伏电池需要先串联成电池串组，电池串组再并联向电力设备例如汇流箱或逆变器供电，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，例如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，这需要我们去清洁电池或改变安装方位等措施。本领域的技术人员知道，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极其重要。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，下文内容会解决该问题。很多时候我们在安装阶段就要直接判断出那些质量不佳的电池或组件，而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光伏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，与传统的光伏组件直接串联的区别在于：首先是任何光伏组件都配置有功率优化器，功率优化器完成电池和逆变器之间的电压匹配及电气隔离、然后再由逆变器完成直流电到交流电的逆变转换并给终端负载供电。与常规的方案类似，光伏发电系统具有串联的多个光伏组件PV1、PV2……PVN，它们串接构成电池组串，电池串组由N级串联连接的光伏组件PV1至PVN串接构成。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PO：例如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功率优化电路PO1进行直流到直流的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功率优化电路PO2进行电压转换，至第N级的光伏组件PVN产生的光伏电压由第N级的功率优化电路PON进行电压转换以执行功率优化功能。实质上，与每块光伏电池PV对应的功率优化电路PO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。设定任意一串的光伏电池串组中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：第一级功率优化电路PO1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，第二级功率优化电路PO2输出V₂，第N级的功率优化电路PON将第N级的光伏电池PVN的电压执行最大功率追踪而进行直流电压转换并输出V_N。

参见图1，可以计算出，任意一串光伏电池串组上总的串级电压粗略等于：第一级功率优化电路PO1输出的电压V₁加上第二级功率优化电路PO2输出的电压V₂再加第三级功率优化电路PO3输出的电压V₃……直至累加到第N级的功率优化电路PON所输出的直流电压V_N，串级电压的运算结果就等于V₁+ V₂+……V_N。功率优化电路/优化器或电压转换电路PO在上下文中指代的拓扑，本质上是直流到直流的DC/DC变换器，典型的降压变换器BUCK，升压变换器BOOST、升降压变换器BUCK-BOOST等都适用于功率优化电路。必须强调的是，现有技术披露的针对光伏电池的最大功率追踪的任何方案同样也适用于本申请的电压变换电路，常见的最大功率追踪法有恒定电压法、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执行最大功率追踪的方案予以赘述。前文解释与每块光伏电池对应的功率优化电路输出的电压才表征该光伏电池提供在光伏电池串组上的实际电压：第一级功率优化电路PO1、第二级功率优化电路PO2至第N级的功率优化电路PON等均通过串接传输线LAN串联，该N为自然数，传输线上由优化器叠加的串级电压再由直流母线输送给汇流箱/逆变器等电力设备INVT进行汇流/逆变。作为直流母线的传输线LAN的正负极之间还串联有稳压的母线电容CD。

参见图2，在可选的实施例中：第一级电压转换电路PO1的第一输入端连到配对的光伏电池PV1的正极和第一级电压转换电路PO1的第二输入端连到光伏电池PV1的负电极处，该电压转换电路PO1在自己的第一输出端或第一节点N1和第二输出端或第二节点N2之间输出稳定电压，即第一级电压转换电路PO1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电压源进行功率优化提供输出电压。

参见图2，在可选实施例中：第N级的电压转换电路PON的第一输入端连到配对的光伏电池PVN正极和第N级的电压转换电路PON的第二输入端连到光伏电池PVN负电极处，第N级的电压转换电路PON在自己的第一输出端或第一节点N1和第二输出端或第二节点N2之间输出稳定电压，第N级的电压转换电路PON在第一输入端和第二输入端之间撷取光伏电池PVN通过光伏效应产生的电压源进行功率优化提供输出电压。

参见图2，在实际应用中，很多数量的光伏电池或光伏组件串联连接来构成了预期的电池组串，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粗略等于：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送到汇流箱或者逆变器等电力设备INVT。总共N级的光伏电池PV1、PV2……PVN串联，其中光伏电池串联导致提供的总电压很高，对于检修人员或安装人员而言十分危险，或者是实际测量的单独的个体组件的电压很低，但是串联起来就是高压等。

参见图2，每块光伏组件或称光伏电池各自均配置有执行升压或降压或升降压的电压转换电路：譬如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PO1进行DC/DC电压转换以执行电压升降，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PO2进行电压转换，……直至第N级的光伏组件PON产生的光伏电压由第N级电压转换电路PON进行电压转换以执行电压升降功能。其实与每块光伏电池PV对应的电压转换电路PO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。电压转换电路PO或称电压变换器本质上是直流到直流的电压转换器拓扑。本文介绍的处理器200除了采集光伏组件的数据，还输出开关控制信号用于驱动电压转换器：电压转换器中功率开关的接通或关断状态实质上由微处理器200输出的开关控制信号或调制信号来控制，例如逻辑器件、复数的处理器、控制装置、状态机或控制器或芯片、软件驱动控制、门阵列和/或其他的等同控制器，其中以脉宽调制信号作为开关控制信号尤为典型。处理器输出的开关控制信号驱动开关电源系统中的功率开关进行接通和关断之间的操作，开关电源系统通常是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比来调整输出电压。

参见图2，图中所示的第一级电压转换电路PO1、第二级电压转换电路PO2直至所谓的第N级的电压转换电路PON等均通过串接线LAN串联连接，多级电压转换电路或功率优化器PO1-PON串联连接的链路中，连接关系：任意前一级功率优化器的第二输出端耦合到相邻后一级电压转换电路的第一输出端，从而多级功率优化器PO1-PON各自的输出电容相互串联连接，链路提供的总的串级电压等于它当中多级功率优化器各自的输出电容上的电压的叠加值。第一级电压转换电路PO1的第二输出端N2耦合到相邻后一级电压转换电路PO2的第一输出端N1，第二级电压转换电路PO2的第二输出端N2耦合到相邻后一级电压转换电路PO3的第一输出端N1，依此类推，第N-1级的电压转换电路的第二输出端N2耦合到相邻后一级电压转换电路PON的第一输出端N1。每一个功率优化器的输出电容CO连接在它的第一和第二输出端N1-N2之间，链路提供的总的串级电压等于它当中多级功率优化器PO1-PON各自输出电容上CO的电压的叠加值，从而传输串接线上由电压转换电路PO1-PON各自输出的电压所叠加得到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INVT进行汇流再逆变等。

参见图3，先以任选的两个光伏组件PV_M和PV_N为例来阐释实现最大功率点追踪演算的基本原理：相邻或不相邻的光伏组件PV_M和光伏组件PV_N分别向电压转换电路或电压转换器PO_M和PO_N提供电源，电压转换电路用于对该光伏电池执行最大功率追踪。光伏组件或光伏电池的转换效率主要受两方面的影响：第一是光伏电池的内部电池特性；第二是电池的周边使用环境如阳光辐照强度、负载状况和温度条件等。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，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3，光伏组件PV_M利用电压转换电路PO_M产生期望的输出电压同时执行最大功率点追踪。电压转换电路PO_M的第一输入端NI1连到光伏组件PV_M的正极及电压转换电路PO_M的第二输入端NI2连接到光伏组件PV_M的负极。注意到电压转换电路PO_M的第一输出端NO1耦合到电压转换电路PO_M唯一的第一节点N1，电压转换电路PO_M的第二输出端NO2耦合电压转换电路PO_M的第二节点N2，另外还有输出电容CO被连接在第一节点N1和第二节点N2之间。电压转换电路将光伏组件提供的电压执行DC/DC的电压转换并亦即同步执行最大功率追踪演算，最终电压转换电路所输出的直流输出电压产生在电压转换电路PO_M的第一输出端和第二输出端之间，输出电压加载第一节点N1和第二节点N2间的输出电容CO的上。亦即相当于输出电容连接在图中的电压转换电路自身的第一节点N1和第二节点N2之间。电压转换电路PO_M中的降压转换电路BUCK模块的功率开关S1和功率开关S2串联在第一输入端NI1和第二输入端NI2之间，电压转换电路PO_M中的升压转换电路BOOST的功率开关S3和功率开关S4串联在第一输出端NO1和第二输出端NO2之间。其中降压转换电路模块中的功率开关S1和功率开关S2两者相连于第一互连节点NX1，以及升压转换电路模块中的功率开关S3和功率开关S4两者相连于第二互连节点NX2，则Buck-Boost电路拓扑中前侧功率开关S1-S2两者相连的第一互连节点NX1与后侧功率开关S3-S4两者相连的第二互连节点NX2之间设置有主电感元件L，第二输出端NO2和第二输入端NI2可以直接耦合到一起并设定它们的电位为一个参考电位REF1。与第一输出端和第二输出端之间设置的输出电容CO所对应的是，转换器的第一输入端NI1和第二输入端NI2之间设置的输入电容CIN。电压转换电路PO_M配置的处理器的直接驱动能力较弱，有时候无法直接驱动功率MOSFET或IGBT等开关，可利用驱动能力更强的驱动器/缓冲器来增强开关控制信号的强度再来驱动功率开关S1-S4。

参见图3，光伏组件PV_N利用电压转换电路PO_N产生期望的输出电压同时执行最大功率点追踪，电压转换电路PO_N的第一输入端NI1连到光伏组件PV_N的正极及电压转换电路PO_N的第二输入端NI2连接到光伏组件PV_N的负极。注意所述的电压转换电路PO_N的第一输出端NO1耦合到电压转换电路PO_N自身唯一对应的一个第一节点N1，以及电压转换电路PO_N的第二输出端NO2耦合到电压转换电路PO_N自身唯一对应的一个第二节点N2，另外还有一个输出电容CO被连接在第一节点N1和第二节点N2之间。电压转换电路PO_N将光伏组件PV_N的电压执行DC/DC的电压转换并亦即同步执行最大功率追踪演算，从而最终电压转换电路PO_N所输出的直流输出电压产生在电压转换电路PO_N的第一输出端NO1和第二输出端NO2之间，也即输出电压施加在电压转换电路PO_N的输出电容CO上。相当于输出电容CO连在图中的电压转换电路自身的第一节点N1和第二节点N2之间。电压转换电路PO_N中的降压转换电路模块BUCK的功率开关S1和功率开关S2串联在第一输入端NI1和第二输入端NI2两者之间，电压转换电路PO_N中的升压电路BOOST的功率开关S3和功率开关S4串联在第一输出端NO1和第二输出端NO2之间。Buck的功率开关S1和功率开关S2两者相连于第一互连节点NX1，Boost模块中的功率开关S3和功率开关S4两者相连于第二互连节点NX2，Buck-Boost中前侧功率开关S1-S2两者相连的第一互连节点NX1与后侧功率开关S3-S4两者相连的第二互连节点NX2之间设置有主电感元件L，并且电压转换电路PO_N中的第二输出端NO2和第二输入端NI2可以直接耦合到一起并设定它们的电位为一个参考电位REF2。同样在电压转换电路PO_N中通常与第一输出端NO1和第二输出端NO2之间设置的输出电容CO所对应的是，设置于电压转换电路PO_N中的第一输入端NI1和第二输入端NI2之间的输入电容CIN。电压转换电路PO_N配置的处理器的直接驱动能力较弱，有时候无法直接驱动功率MOSFET或IGBT等开关，可利用驱动能力更强的驱动器/缓冲器来增强开关控制信号的强度再来驱动功率开关。

参见图3，设电压转换电路PO_M和电压转换电路PO_N相邻且串联，在电压转换电路的串联关系中，例如：前一级电压转换电路PO_M的第二节点N2连到后一级电压转换电路PO_N的第一节点N1。多级电压转换电路PO1、PO2、…PON按这种规律串联连接，任意前一级电压转换电路PO_M的第二节点N2通过传输线LAN耦合到相邻后一级电压转换电路PO_N的第一节点N1，或任意前一级电压转换电路PO_M的输出电容CO由传输线LAN和相邻后一级电压转换电路PO_N的输出电容CO串联。依此类推多级电压转换电路PO1-PON等串联连接时它们各自的输出电容C_O串联连接：即电压转换电路PO1的输出电容CO和PO2的输出电容CO和PO3的输出电容CO…和PON的输出电容CO等通过传输线LAN串联连接，则串联的一系列的转换电路等提供的总的串级电压等于电压转换电路PO1-PON它们各自的输出电容CO上的电压的叠加值。

参见图2，首个第一级的电压转换电路PO1的第一节点N1和末尾的最后的一级的电压转换电路PON的第二节点N2之间提供多级优化器的总的串级电压，首个第一级的电压转换电路PO1的第一节点N1相当于是链路PO1-PON的等效正极，和末尾的最后的一级的电压转换电路PON的第二节点N2相当于是链路PO1-PON的等效负极。

参见图3，为了阐释本申请涉及的实现模式切换的方案的发明精神，以图示的实现功率变换的电压转换器为例，电压转换器如果是BUCK电路也即开关S1和开关S2构成降压单臂。在BUCK电路中，图示的开关S3-S4可以直接从电路拓扑中摒弃，则BUCK电路的主电感元件L可以直接连接在互连节点NX1与第一输出端NO1之间。或者如果电压转换器工作在BUCK状态可以直接持续接通开关S4而持续关断开关S3，仅仅驱动前侧的功率开关S1和功率开关S2高频切换，功率转换BUCK电路可独立运作。

参见图3，为了阐释本申请涉及的实现模式切换的方案的发明精神，以图示的实现功率变换的电压转换器为例，电压转换器如果是BOOST电路即开关S3和开关S4构成升压单臂。在BOOST电路中，开关S1-S2可以直接从电路拓扑中摒弃，则BOOST电路中的主电感元件L可以直接连在互连节点NX2与第一输入端NI1之间。或者如果电压转换器工作在BOOST状态可以直接持续接通开关S1而持续关断开关S2，仅仅驱动后侧的功率开关S3和功率开关S4高频切换，功率转换的BOOST电路可独立运作。

参见图3，实现功率变换的另一种可选的电压转换器为例：功率开关S1和S2串联在第一输入端NI1和第二输入端NI2之间，采用功率管的开关S3和开关S4串联在第一输出端NO1和第二输出端NO2之间，注意其中的功率开关S1和开关S2两者相连于互连节点NX1以及功率开关S3和开关S4两者相连于互连节点NX2，额外还在第一个互连节点NX1和第二个互连节点NX2之间连接主电感元件L。藉此作为前级的BUCK降压的单臂S1-S2和作为后级BOOST的升压单臂S3-S4组成BUCK-BOOST电路，同时具备了降压和升压的功率转换能力，该BUCK-BOOST电路是H桥式的。

参见图4，控制功率优化器在不同工作模式之间切换的方法，瞬态短接一次或多次待切换工作模式的功率优化器所属的链路提供的串级电压；由待切换工作模式的功率优化器侦测链路是否发生瞬态短接事件，由侦测到的瞬态短接事件作为从一种工作模式切换到另一种工作模式的依据。在一个实施例中：第一级的电压转换电路PO1第一节点N1相当于是链路PO1-PON的等效正极EA，第N级的电压转换电路PON第二节点N2相当于是链路PO1-PON的等效负极EC。瞬态短接（transient-short）任意一个待切换工作模式的功率优化器所属的链路，譬如准备短接的图4中链路电压转换电路PON属于待切换工作模式的功率优化器，电压转换电路PO1也属于待切换工作模式的功率优化器，假定该链路需要从高压的危险工作状态被强迫进入安全的休眠或安全模式，则待切换工作模式的电压转换电路就会从原始的第一种工作状态切换到第二种工作状态。关于瞬态短接待切换工作模式的功率优化器所属的链路的串级电压V₁+V₂…+V_N存在如下特性：首个第一级的电压转换电路PO1的第一节点N1也即等效正极EA和末尾的最后的一级的电压转换电路PON的第二节点N2也即等效负极按照图中的示意被短路，例如第一次短接ST1以及第二次短接ST2、第三次短接ST3直至更多次数的短路动作被执行，串联有多级直流电压转换器的链路本质上也仍然是一个电压源/稳定电池，对其等效正负极EA-EC之间进行短路会产生若干不同的效应，这种效应在本申请中作为一种指令。指令的下达是人为的也即需要我们主动去短路EA-EC，指令的接收是处理器200，上文提及处理器200原本是用于驱动电压转换电路的功率开关的高速接通或关断，从而控制开关元件的占空比来调整输出电压，但是这里处理器200还需要通过自身的或附加的可监测电流/电压/功率等的变化情况的侦测模块来协助从链路中捕获这种指令。

参见图4，瞬态短接一次或多次所述待切换工作模式的功率优化器所属的链路提供的串级电压V₁+V₂…+V_N的途径有多种，可利用金属片或金属带或导线等导体直接在链路这个等效电池的等效正负极EA-EC之间尝试连接/耦合等，必须注意瞬态短接意味着不允许短路持续接通，一般每一次短路接通后必须马上断开，例如接通1秒至3秒立刻将等效正负极之间断开，或接通6秒后再断开等效正负极。

参见图5，前文介绍了利用外部导体直接在链路的等效正负极EA-EC之间尝试连接或耦合等来实现瞬态短接，除此之外，还可以在链路的等效正负极EA-EC之间设置连接功率开关Q。注意作为可选项，链路的等效正极EA和能源收集装置的正接收端之间连接有单向导通的二极管D，例如链路的等效正极EA连到二极管D的阳极，二极管D的阴极连到能源收集装置的正接收端。或者一个没有示意出的二极管的阳极连到能源收集装置的负接收端，而这个没有示意出的二极管的阴极则连到链路的等效负极EC。能源收集装置除了前文提及的逆变器或汇流箱等，还可以是带有储能电池的储能装置等。链路的等效正负极之间的这个功率开关Q可以是类似处理器等控制单元生成的具有高电平或低电平的控制信号来驱动，也可以直接由人为的对其按压或触摸等方式来接通/关断，人为控制的开关典型的例如有按钮开关或触控开关或遥控开关等。每一个光伏组件PV均配置有用于执行最大功率点追踪的功率优化器PO，瞬态短接一次或多次待切换工作模式的功率优化器所属的链路提供的串级电压，由待切换工作模式的功率优化器PO侦测链路是否发生瞬态短接事件，藉由侦测到的瞬态短接事件作为从上一种工作模式切换到另外后一种工作模式的依据。应该认识到：真实的瞬态短接事件才允许被视为有效的短接，而各种非真实的瞬态短接事件则需要被屏蔽掉而将其视为无效的短接。电路中存在的各种意外噪声都有可能引起非真实的瞬态短接事件的存在而被侦测到，譬如，电弧或各种类似的浪涌导致链路中的电路表象可能与短接等效正负极EA-EC的瞬态短接引起的电路表象类似。

参见图5，瞬态接通该功率开关Q一次或多次，该接通时刻：导致由第一级的电压转换电路PO1的第一节点N1和第N级的电压转换电路PON的第二节点N2之间包含多级电压转换电路PO1-PON的链路与接通的开关Q构成闭合环路。侦测瞬态短接事件的方式包括侦测串级电压被短路而诱发的预定指标的变化量，在所述的变化量满足预设的变化条件时，才视为真实的瞬态短接事件，此时待切换工作模式的功率优化器才从一种工作模式切换到另一种工作模式。闭合环路LOP从前一级的电压转换电路的第一节点到前一级电压转换电路的第二节点然后再到后一级电压转换电路的第一节点和到后一级电压转换电路的第二节点，依此类推，结果：从第一级的电压转换电路PO1的第一节点N1然后耦合到第N级的电压转换电路PON的第二节点N2，再通过开关Q回到第一级的电压转换电路PO1的第一节点N1。预定指标例如是瞬态短接时链路的串级电压的瞬态变化率就是甄别依据之一，其实可以通过测量闭合环路的瞬态电压变化率予以测量，串级电压的瞬态变化率的变化量应该满足不低于预设的瞬态电压变化率（即符合变化条件）才视为真实有效的瞬态短接事件。电压的瞬态变化，简称瞬变，在串级电压发生变化这种外界干扰信号产生时产生的瞬间反应，主要包括三个特点：超高压、瞬时态、高频次。根据其表现可将其分为以下三种：首先是冲击瞬变，沿线路或电路传播的瞬态电压波，特点是电压快速上升后缓慢下降。其次是振荡瞬变，信号电压或电流在稳态时的突然变化，并按照系统自然频率振荡而且它会使电力信号以非常快的速度交替放大缩小，通常会在一个周期内衰减到零。再者是电压波形缺口，连续的电压振荡瞬变现象，控制开关的快速接通和关断过程中短暂相间短路引起的电源电压波形畸变。还譬如，预定指标例如是流经被瞬态短接的链路的瞬态短接电流（transient current）也是甄别依据之一，侦测瞬态短接事件的方式包括侦测串级电压被短路而诱发的闭合环路中瞬态短接电流的变化量，在瞬态短接电流的变化量满足不低于预设的瞬态电流值（即符合变化条件）时，才视为真实的瞬态短接事件而不是偶发的意外事件。闭合环路中瞬态短接电流和瞬态电压变化率主要是由一系列电压转换电路PO1-PON各自串联的一系列输出电容CO主导的，因此待切换工作模式的功率优化器或转换电路同步检测瞬态短接电流和瞬态电压变化率可以增加精度，在满足瞬态电压变化率的变化量不低于预设的瞬态电压变化率，同时还符合瞬态短接电流的变化量不低于预设的瞬态电流值时才是真实的瞬态短接事件。预定指标的变化量总的来说显著的体现在每短接一次短路电流增加一次和每短接一次串级电压瞬态降低一次，这是瞬态短接事件的最直接反映，处理器200监测到短路电流增加/串级电压瞬态降低，电流或电压的这种变化情况其实就已经满足了预设的变化条件（增加或降低），处理器就可以认为发生了瞬态短接事件，而测量瞬态短接电流/瞬态电压变化率仅仅是为了增加测量精度。

参见图6，待切换工作模式的功率优化器或转换电路被允许在不同的多种工作模式下进行切换，在光伏电站的电池应用场合，基本应该包括安全模式和按照期望输出额定电压的正常工作模式。所谓安全模式，自然是要求电压转换电路例如PON输出的电压非常低以至于整个链路提供的串级电压也非常低，当整个链路中的任何一个功率优化器输出的电压都很低，就不至于构成潜在的人身威胁。譬如：功率优化器的输出电压持续低于输入电压的安全模式，前文提及到功率优化器可以是BUCK-BOOST拓扑，以至于安全模式可以使得拓扑工作在降压模式就能使其输出电压低于由组件供应的接收电压，最简单的方式是使各级功率优化器输出电压均为零最安全。然而，各级功率优化器输出电压均完全为零或接近零也有弊端，这意味着直流母线LAN没有电压或电压近似为零，处理器200接收外部命令有时候是需要通过加载或注入到母线上的载波信号来实施的，如果直流母线跌落到近乎为零的电位，就无法高质量的传播载波，这是负面影响。因此另外的手段是使功率优化器的输出电压与输入电压之比钳制在低于一个预设比例关系即可，例如某一级的电压转换电路PON的输出电压VIN来自组件PVN，而它的输出电压VN用于叠加到前文的直流母线上，限制VN/VIN低于预设比例关系RAT例如低于1/5或1/20等即可。必须认识到功率优化器工作在安全模式仅仅是短暂的行为，功率优化器的主要用途还是调制其输出电压和输出电流使得配对的光伏组件工作在最大功率点。优化器的工作模式还包括功率优化器PO使与其配对的光伏组件PV工作在最大功率点的功率追踪MPPT模式。

参见图6，待切换工作模式的功率优化器或转换电路被允许在不同的多种工作模式下进行切换：第一种模式MOD1和第二种模式MOD2及第三种模式MOD3是假设的几种常见工作模式，譬如最大功率点的MPPT追踪模式，安全模式和待机休眠模式，待机休眠一般是指优化器待机不工作。前文提及的处理器200输出开关控制信号用于驱动电压转换器也即电压转换电路PO，其中以脉宽调制信号作为开关控制信号尤为典型，处理器输出的开关控制信号驱动开关电源系统SMPS中的功率开关（例如S1-S4）在接通和关断之间的高频操作，开关电源系统通常是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比来调整输出电压。开关控制信号的控制方式分为脉冲宽度调制、脉宽调制和频率调制混合调制、脉冲频率调制等多种。在开关电源系统中，通过将电压变换电路产生的开关操作所输出电压耦合至电路自身的输入端或输出端，进一步传递至用于提供总的串级电压的公共直流传输线上。如何利用开关控制信号实现电压转换器即功率优化器在第一种模式MOD1和第二种模式MOD2及第三种模式MOD3之间切换是需要考虑的问题：改变开关控制信号的开关操作频率或占空比，使得两种不同工作模式下的脉冲宽度调制信号的开关操作频率或占空比不同是途径之一。譬如，驱动功率优化器的开关控制信号的开关操作频率或占空比降低，就可以从最大功率点的追踪模式如第一种模式MOD1切换到第二种模式MOD2如安全模式，然后驱动功率优化器的开关控制信号的开关操作频率或占空比继续降低，就可以从第二种模式MOD2如安全模式直接切换到待机模式如第三模式MOD3。譬如，驱动功率优化器的开关控制信号的开关操作频率或占空比迅速提高，就可以从待机休眠模式如第三模式MOD3切换到执行最大功率点追踪的模式如第一种模式MOD1，藉此实现不同模式之间的转换。

参见图5，前文阐述：真实的瞬态短接事件才允许被视为有效的短接，而各种非真实的瞬态短接事件则需要被屏蔽掉而将其视为无效的短接。在另一个实施例中，侦测瞬态短接事件还包括限定：串级电压在预设时段内被短路的统计次数符合预期次数。这也意味着功率优化器侧的处理器即便侦测到了短接事件，而实际发生的短接事件次数必须符合预期次数才被允许执行模式切换，否则不予切换。以图5为一个特殊的实施例来阐释说明但不构成任何限制，开关Q被瞬态短接的次数大约为3次，功率优化器侦测到了串级电压被短路而诱发的预定指标的变化量、且变化量满足预设的变化条件的总次数为3，这意味着实际发生的短接事件次数完全符合预期次数3从而允许执行模式切换，相反如果功率优化器侦测到了串级电压被短路而诱发的预定指标的变化量、且变化量满足预设的变化条件的总次数为1次或4次时，就认为是无效短接事件而应该忽略。为了能够监测和捕获以及记录电压/电流瞬态变化现象，当前的电能质量测量仪器就能实现，其同等的测量仪通常具有以下性能：高采样率、稳态10kHz级以上、瞬态MHz级以上。而且具有高动态范围：输入信号从几十伏至8kV，瞬间变化20倍以上。类似IEC61000-4-30等某些可以参考的规范/共识定义了瞬变电压的测量方法：如包络线法，以正弦波为基础设定波形包络线范围，作为瞬变的记录出发条件，可以用于浪涌、波形缺口等瞬变的监测。如方均根值法：非常快速的采样而且在远小于一个基波周期的间隔内计算，将该方均根值与设定的阈值进行比较。例如峰值检测法：设定一个固定的绝对阈值，电压瞬时值超过此值即为瞬变，用于浪涌监测等模型下测量。例如滚动窗口法：将瞬时值与前一个周期上相应的值进行比较，可用于监测功率因数校正电容器投切的低频瞬变现象。以图5的罗氏线圈电流互感器SR测量瞬态短接电流为例，母线或传输线LAN穿过传感器，互感器SR能够及时准确的测量快速变化的谐波电流，幅度从几安培到数千安培，频率在0.1赫兹到几兆赫兹的范围，主要特点是互感器和被测的链路之间没有直接的电气连接，互感器SR的测量信号譬如瞬态短接电流可直接输送给处理器200告知处理器是否发生了短接事件，瞬变电压的测量仪器也可以将其瞬态电压变化率作为测量信号输送给处理器200告知处理器是否发生了短接事件。另外作为可选项，处理器200可配合电压传感器测量短接前后的链路电压变化，处理器根据电压传感器测量的短接前电压值和短接后电压值则处理器自身就可以计算出电压变化率，电压传感器也有电气隔离式的，需要检测传输线LAN或母线的电压变化。换言之，基于当前技术提供的多种选择方式，只要能够测量短路电流的电流传感器和测量瞬态电压的电压传感器均适用于本申请。

参见图5，前文阐释各种非真实的瞬态短接事件则需要被屏蔽掉而将其视为无效的短接事件。在另一个实施例中，为了增强识别精度，侦测瞬态短接事件的方式包括侦测串级电压被短路而诱发的预定指标的变化量；及接通该控制开关一个指示时间后再迅速断开控制开关；从而在侦测到预定指标的变化量满足预设的变化条件、且瞬态短接事件所持续的时间与指示时间相同时，待切换工作模式的功率优化器识别为真实短接事件。我们假设受到人为控制的控制开关Q被强行接通5秒的指示时间，限定实际测量的瞬态电压变化率的变化量不低于预设的瞬态电压变化率VTRAN，和/或限定实际测量的瞬态短接电流的变化量不低于预设的瞬态电流值ITRAN，也即侦测到的串级电压被短路而诱发的预定指标的变化量必须先满足之前预设的变化条件。满足之前预设的变化条件的前提下，在侦测到预定指标的变化量满足预设的变化条件（例如瞬态电压变化率不低于VTRAN和/或瞬态短接电流不低于ITRAN）、且瞬态短接事件所持续的时间与指示时间5秒相同时，即瞬态电压变化率不低于VTRAN的持续时间大致为5秒和/或瞬态短接电流不低于ITRAN的持续时间大致为5秒，待切换工作模式的功率优化器才执行工作模式的切换。在一个可选但非必须的实施例中，假设：待切换工作模式的功率优化器也即待切换工作模式的电压转换电路PON在侦测链路的瞬态短接事件时，除了需要侦测串级电压被短路而诱发的预定指标的变化量（例如瞬态电压变化率和/或瞬态短接电流）满足预设的变化条件，还必须测量待切换工作模式的电压转换电路PON的配套光伏组件PVN的瞬时输出功率，只有同时满足配套光伏组件PVN的瞬时输出功率近乎等于零和串级电压被短路而诱发的预定指标的变化量满足预设的变化条件，才是真实的有效短接事件，待切换工作模式的功率优化器PVN才从一种工作模式切换到另一种工作模式，否则无效。在可选但非必须的实施例中，假设：受到控制的控制开关Q被强行接通4秒的指示时间，测量环路的瞬态电压变化率在Q接通的4秒内的变化量不低于预设瞬态电压变化率VTRAN，和/或测量环路的瞬态短接电流在Q接通的4秒内的变化量不低于预设瞬态电流值ITRAN，以某待切换工作模式的电压转换电路PO1为例，感测到串级电压被短路而诱发的预定指标的变化量必须先满足之前预设的变化条件的前提下（如瞬态电压变化率不低于VTRAN和/或瞬态短接电流不低于ITRAN）、且瞬态短接事件所持续的时间与指示时间4秒相同时，即瞬态电压变化率不低于VTRAN的持续时间约为4秒和/或瞬态短接电流不低于ITRAN的持续时间约为4秒，期间在Q接通的4秒内还必须测量配套光伏组件PV1的输出功率也即其输出电流和输出电压的乘积，如果这期间配套光伏组件PV1的输出功率近乎为零而无法对外提供输出功率，电压转换电路PO1才执行工作模式的切换。光伏组件的输出电流和输出电压可以分别用电流检测器（如分流器）和电压检测器（如分压器）来检测。

参见图7，与前文光伏组件通过优化器间接串联的区别在于：任何光伏组件都配置有切换模块SH，切换模块SH决定了其对应的组件PV是否向串组供电：如果切换模块是接通的则组件可以向串组供电，如果切换模块是关断的则组件不允许向串组供电。与常规的方案类似，光伏发电系统具有串联的多个光伏组件PV1、PV2……PVN，它们串接构成电池组串，电池串组由N级串联连接的光伏组件PV1至PVN串接构成。光伏组件均配置有执行接入或屏蔽的切换模块：例如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切换模块SH1决定是否接入电池串组中，第二个光伏组件PV2产生的光伏电压由第二个切换模块SH2决定是否接入电池串组中，至第N级的光伏组件PVN产生的光伏电压由第N级的切换模块SHN决定是否接入电池串组中。实质上，与每块光伏电池对应的切换模块SH输出的电压才可以表征该光伏电池提供在光伏电池串组上的实际电压：如果切换模块屏蔽配对的组件则配对的组件输出电压为零，如果切换模块接入配对的组件则配对的组件输出电压为实际的电池电压。

参见图7，设定任意一串的光伏电池串组中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，在某些实施例中：第一级切换模块SH1将第一级光伏电池PV1的光伏电压源执行接入时输出V₁₁或屏蔽时输出0，第二级切换模块SH2将第二级光伏电池PV2的光伏电压源执行接入时输出V₂₁或屏蔽时输出0，第N级的切换模块SHN将第N级的光伏电池PVN的电压执行接入时输出V_N1或屏蔽时输出0。可以计算出，任意一串光伏电池串组上组件全部接入时候的总的串级电压粗略等于：第一级切换模块SH1输出电压V₁₁加上第二级切换模块SH2输出电压V₂₁然后再加第三级切换模块SH3输出电压V₂₃…累加到第N级的切换模块SHN输出的直流电压V_N1，串级电压的运算结果就等于V₁₁+ V₂₁+……V_N1。如果某个组件PVK被其切换模块SH K屏蔽则光伏组件PVK的输出电压V_K1就应该从总的串级电压中减去，K为自然数，最极端的情况是电池串组上全部组件被各自的切换模块屏蔽，则导致该串级电压近乎等于零。

参见图8，光伏组件PV_M利用切换模块SH_M执行接入电池串组的切换或执行从电池串组中断开的切换。切换模块SH_M的第一输入端NI1连到光伏组件PV_M的正极和切换模块SH_M的第二输入端NI2连到光伏组件PV_M的负极。在一个可选的但非限制性的实施例中，切换模块SH_M的第一输出端NO1可以通过图中未示意出的分流器耦合到切换模块SH_M唯一的第一节点N1，切换模块SH_M的第二输出端NO2可以通过图中的分流器RS耦合到切换模块SH_M唯一的第二节点N2。输出电容CO可以选择连接在第一节点N1和第二节点N2之间也可以选择去掉电容CO。图8的实施例利用切换模块替代了图3中的功率优化器。光伏组件PV_M的拓扑结构中：接入开关SQ1耦合在第一输入端NI1与第一输出端NO1之间，或者接入开关SQ1耦合在第二输入端NI2与第二输出端NO2之间。拓扑结构中的移除开关SQ2则耦合在第一输出端NO1与第二输出端NO2之间。如果切换模块SH_M配置的处理器200驱动接入开关SQ1接通则光伏组件PV_M就被接入到电池串组中并向串级电压来贡献自己的电压部分，处理器200此时还驱动移除开关SQ2被关断。反之，如果切换模块SH_M配置的处理器200驱动移除开关SQ2接通则光伏组件PV_M就被从电池组串中屏蔽/旁路掉，而无法向电池串组的串级电压来贡献自己的电压部分，处理器200此时还驱动接入开关SQ1关断。该实施例中注意第二输出端NO2和第二输入端NI2设定它们的电位为参考电位REF1。对比本实施例和图3的实施例，如果升降压电路PO_M中的第四开关S4持续接通第二开关S2持续关断，则第一开关S1可以等效为接入开关、第三开关S3可以等效为移除开关。相当于前文图3中的升降压电路不工作在升降压的电压转换模式，而是被用在将光伏组件接入或移除的切换模式，在一个实施例中利用图3的拓扑替代图8的切换模块。

参见图8，光伏组件PV_N利用切换模块SH_N执行接入电池串组的切换或执行从电池串组中断开的切换。切换模块SH_N的第一输入端NI1连到光伏组件PV_N的正极和切换模块SH_N的第二输入端NI2连到光伏组件PV_N的负极。在一个可选的但非限制性的实施例中，切换模块SH_N的第一输出端NO1可以通过图中的分流器RS耦合到切换模块SH_N唯一的第一节点N1，切换模块SH_N的第二输出端NO2可以通过图中未示意出的分流器耦合到切换模块SH_N唯一的第二节点N2。输出电容CO可以选择连接在第一节点N1和第二节点N2之间也可以选择去掉电容CO。图8的实施例利用切换模块替代了图3中的功率优化器。在切换模块SH_N的拓扑结构中：接入开关SQ1耦合在第一输入端NI1与第一输出端NO1之间，或接入开关SQ1耦合在第二输入端NI2与第二输出端NO2之间。而拓扑中相对的移除开关SQ2则耦合在第一输出端NO1与第二输出端NO2之间。如果切换模块SH_N配置的处理器200驱动接入开关SQ1接通则光伏组件PV_N被接入到电池串组并向串级电压来贡献自己的电压部分，处理器200此时还驱动移除开关SQ2被关断。反之，如果切换模块SH_N配置的处理器200驱动该移除开关SQ2接通则光伏组件PV_N就被从电池组串中屏蔽/旁路掉，而无法向电池串组的串级电压来贡献自己的电压部分，处理器200此时还驱动接入开关SQ1关断。注意该实施例中第二输出端NO2和第二输入端NI2设它们的电位为参考电位REF2。对比本实施例和图3的实施例，如果升降压电路PO_N中的第四开关S4持续接通和第二开关S2持续被关断，则第一开关S1等效为接入开关、第三开关S3可以等效为移除开关。相当于前文披露的图3中的升降压电路不工作在升降压的电压转换模式，而是被用在将光伏组件接入或移除的切换模式，在一个实施例中利用图3的拓扑替代图8的切换模块。

参见图8，以光伏组件PV_M和切换模块SH_M为例，光伏组件PV_M被接入到电池串组的阶段它的电源可以直接向处理器200供电，如果切换模块SH_M从接通模式切换到关断模式，即切换模块SH_M的接入开关SQ1关断而移除开关SQ2接通，则光伏组件PV_M的电源可能就无法持续向处理器200供电。解决方案：光伏组件PV_M设有配套的一个储能电容CS为其配置的处理器200供电，切换模块SH_M即便是利用接通的移除开关将光伏组件PV_M旁路的阶段，由于储能电容CS被充电所以仍然可以作为冗余的备用电源而给处理器供电。拓扑中储能电容CS连接在光伏组件PV_M的正极和光伏组件PV_M的参考电位REF1之间：二极管DS的阳极连到光伏组件PV_M的正极而二极管DS的阴极和参考电位REF1之间连接储能电容CS。储能电容CS与二极管DS的阴极相连的一端便可为处理器200供电。作为可选项的分流器RS可以检测是否有电流从光伏组件PV_M的输出端NO1或NO2流入或流出，通常是将分流器RS的电流检测结果输送给处理器200，下文将会继续介绍。作为可选项，分流器两端分别耦合到某个运算放大器的正和负端口就可以利用放大器的输出值检测得到分流器两端的压降，分流器两端的压降实质上就可以用来表征流经分流器的电流的检测结果。

参见图8，从光伏组件PV_M的正极通过单向传输的二极管DS向储能电容CS充电而可以将储能电容视为冗余电池。如果光伏组件PV_N配套也设置储能电容，必须注意到光伏组件PV_N的储能电容应该连接在光伏组件PV_N的正极和光伏组件PV_N的参考电位REF2之间，具体而言：某个二极管的阳极连到光伏组件PV_N的正极而这个二极管的阴极和参考电位REF2之间连接光伏组件PV_N配套的储能电容。这和图8中光伏组件PV_M的储能电容CS类似，但要注意两者参考电位有区别。另外图8中涉及到的分流器RS还可以被应用到图3的升降压拓扑结构中。

参见图8，设切换模块SH_M和切换模块SH_N相邻且串联，在多级切换模块的串联连接关系中：前一级切换模块SH_M的第二节点N2耦合到后一级切换模块SH_N的第一节点N1。多级切换模块SH1、SH2、…SHN按这种规律串联连接，任意前一级切换模块SH_M的第二节点N2通过传输线LAN耦合到相邻后一级切换模块SH_N的第一节点N1。或任意前一级切换模块SH_M的输出电容CO由传输线LAN和相邻后一级切换模块SH_N的输出电容CO串联。依此类推，多级切换模块SH1-SHN串联连接时如果它们采用了输出电容CO则这些电容串联连接：即切换模块SH1的输出电容CO和切换模块SH2的输出电容CO和切换模块SH3的输出电容CO…和切换模块SHN的输出电容CO等通过传输线LAN串联连接，则串联的一系列的切换模块所提供的总的串级电压等于切换模块SH1-SHN它们各自的输出电容CO上的电压的叠加值。但是输出电容并不是必须使用的，它们也可以从各个切换模块的拓扑中摒弃。

参见图9，多级切换模块中首个第一级的切换模块SH1的第一节点N1和末尾的最后的一级的切换模块SHN的第二节点N2之间提供多级切换模块的串级电压，首个第一级的切换模块SH1的第一节点N1相当于是链路SH1-SHN的等效正极，和末尾的最后的一级的切换模块SHN的第二节点N2相当于是链路SH1-SHN的等效负极。

参见图9，控制切换模块在不同工作模式之间切换的方法，瞬态短接一次或多次待切换工作模式的光伏组件所属的链路提供的串级电压，待切换工作模式的光伏组件及其切换模块配置的处理器侦测链路是否发生瞬态短接事件，由侦测到的瞬态短接事件作为光伏组件从一种工作模式（例如接入）切换到另一种工作模式（例如移除）的依据。在可选但非必须的实施例中：第一级的切换模块SH1的第一节点N1相当于是链路SH1-SHN的等效正极EA，末尾的第N级的切换模块SHN第二节点N2相当于是链路SH1-SHN的等效负极EC。与前文类似，瞬态短接（transient-short）任意一个待切换工作模式的光伏组件所属的链路，譬如准备短接的图9中电池串组中光伏组件PVN属于待切换工作模式的某个光伏组件，无论是接入电池串组还是从电池串组中移除，都是要控制它的配对的切换模块SHN的接通或关断来实现。光伏组件PVN属于待切换工作模式，从接入切换到移除或反之。假定该光伏组件PVN需要从接入阶段产生的过温异常工作状态被强迫进入移除阶段的安全的休眠或安全模式，则待切换工作模式的光伏组件PVN就会从初始的第一种工作状态切换到第二种工作状态。瞬态短接待切换工作模式的光伏组件PVN所属的链路的串级电压V₁₁+V₂₁…+V_N1存在如下特性：首个第一级的切换模块SH1的第一节点也即等效正极EA和末尾的最后的一级的切换模块SHN的第二节点也即等效负极按照图中的示意被短路，例如第一次短接ST1以及第二次短接ST2、第三次短接ST3直至更多次数的短路动作被执行，串联有多级光伏组件或切换模块SH的链路本质上仍然是一个电压源/稳定电池，对其等效正负极EA-EC之间进行短路会产生若干不同的效应，这种效应在本申请中作为一种指令。指令的下达是人为的即需要我们主动去短路EA-EC，指令的接收是切换模块SH配套的处理器200。上文提及处理器200原本是用于驱动切换模块的移除开关和接入开关的接通或关断，但是这里处理器200还需要通过自身的或附加的可监测电流/电压/功率等的变化情况的侦测模块来协助从链路中捕获这种指令。

参见图9，瞬态短接一次或多次所述待切换工作模式的光伏组件PVN所属的链路提供的串级电压V₁₁+V₂₁…+V_N1的途径有多种，可利用金属片或金属带或导线等导体直接在链路这个等效电池的等效正负极EA-EC之间尝试连接/耦合等，必须注意瞬态短接意味着不允许短路持续接通，一般每一次短路接通后必须马上断开，例如接通1秒至3秒立刻将等效正负极之间断开，或接通4-6秒后再断开等效正负极，或10秒以下等，这具体的时间仅仅作为示范不构成限制。利用外部导体直接在链路的等效正负极EA-EC之间尝试连接或耦合等来实现瞬态短接，除此之外，还可以在链路的等效正负极EA-EC之间设置连接功率开关Q。注意作为可选项，链路的等效正极EA和能源收集装置的正接收端之间连接有单向导通的二极管D，链路的等效正极EA连到二极管D的阳极，二极管D的阴极连到能源收集装置的正接收端。或者一个没有示意出的二极管的阳极连到能源收集装置的负接收端，而这个没有示意出的二极管的阴极则连到链路的等效负极EC。能源收集装置除了前文提及的逆变器或汇流箱等，还可以是带有储能电池的储能装置等。链路的等效正负极之间的这个功率开关Q可以是类似处理器等控制单元生成的具有高电平或低电平的控制信号来驱动，也可以直接由人为的对其按压或触摸等方式来接通/关断，人为控制的开关典型的例如有按钮开关或触控开关或遥控开关等。在可选的实施例中，考虑到短路导致的短路电流很大以及瞬态电压变化率也很大，所以还在等效正负极EA-EC之间设置与功率开关Q串联的缓冲电路300，它可以包括电容或电阻，也可以是电阻和电容串联型的RC缓冲电路等等，当然也可以是其他类型的缓冲电路，缓冲电路300不是必须的而是可以被舍去的。光伏组件PV均配置有用于执行接入或移除的切换模块SH，瞬态短接一次或多次待切换工作模式的光伏组件PV配套的切换模块SH所属的链路提供的串级电压，待切换工作模式的光伏组件PV的处理器侦测链路是否发生瞬态短接事件，藉由侦测到的瞬态短接事件作为从上一种工作模式切换到另外后一种工作模式的依据。我们应该认识到：真实的瞬态短接事件才允许被视为有效的短接，而各种非真实的瞬态短接事件则需要被屏蔽掉而将其视为无效的短接。

参见图9，瞬态接通该功率开关Q一次或多次，在该接通时刻：导致由第一级的切换模块SH1的第一节点N1和第N级的切换模块SHN的第二节点N2之间包含多级切换模块SH1-SHN的链路与接通的开关Q构成闭合环路。侦测瞬态短接事件的方式包括侦测串级电压被短路而诱发的预定指标的变化量，在变化量满足预设的变化条件时，才视为真实的瞬态短接事件，此时待切换工作模式的光伏组件才从一种工作模式切换到另一种工作模式。闭合环路主要是从前一级的切换模块的第一节点到前一级的切换模块的第二节点然后再到后一级的切换模块的第一节点和到后一级的切换模块的第二节点，结果：从第一级的切换模块SH1的第一节点N1耦合到第N级的切换模块SHN的第二节点N2，再通过开关Q回到第一级的切换模块SH1的第一节点N1。任意一级的切换模块的第一节点到它的第二节点的回路有两种选择：第一种就是移除开关SQ2接通但接入开关SQ1关断时第一节点通过移除开关SQ2直接贯通到它的第二节点；第二种就是移除开关SQ2关断但接入开关SQ1接通时，通过接入开关SQ1和光伏组件的通路使得切换模块的第一节点通过组件耦合到它的第二节点。例如瞬态短接带有组件的多级切换模块链路提供的串级电压时其瞬态电压变化率可以视为预定指标之一，串级电压的瞬态变化率的变化量应该满足不低于预设的瞬态电压变化率（符合变化条件）才视为真实有效的瞬态短接事件。还譬如预定指标是流经被瞬态短接的链路的传输线LAN上的瞬态短接电流，侦测瞬态短接事件的方式包括侦测串级电压被短路而诱发的闭合环路中瞬态短接电流的变化量，在瞬态短接电流的变化量满足不低于预设的瞬态电流值（符合变化条件）时，才视为真实的瞬态短接事件而不是偶发的意外事件。闭合环路中瞬态短接电流和瞬态电压变化率主要是由一系列切换模块SH1-SHN各自对应的一系列光伏组件PV1-PVN主导的，因此待切换工作模式的光伏组件或切换模块同步检测瞬态短接电流和瞬态电压变化率可以增加精度，在满足瞬态电压变化率的变化量不低于预设的瞬态电压变化率，同时还符合瞬态短接电流的变化量不低于预设的瞬态电流值时才是真实的瞬态短接事件。以图5的电流互感器SR测量瞬态短接电流为例，母线或传输线LAN穿过互感器，互感器SR能够及时准确的测量快速变化的瞬态电流值，测量的信号譬如瞬态短接电流可直接输送给处理器200告知处理器是否发生了短接事件。处理器200可配合电压传感器测量短接前后的串级电压变化，处理器根据电压传感器测量的短接前电压值和短接后电压值则处理器自身就可以计算出电压变化率。用于瞬态电压测量的传感器属于已知技术。换言之，只要能够测量短路电流的电流传感器和测量瞬态电压的电压传感器均适用于本申请。

参见图9，为了增强识别精度，在可选的实施例中，侦测瞬态短接事件的方式包括侦测串级电压被短路而诱发的预定指标的变化量；及接通该控制开关一个指示时间后再迅速断开控制开关；从而在侦测到预定指标的变化量满足预设的变化条件、且瞬态短接事件所持续的时间与指示时间相同时，待切换工作模式的光伏组件所配置的处理器才将其识别为真实短接事件。我们假设受到人为控制的控制开关Q被强行接通2秒的指示时间，限定实际测量的瞬态电压变化率的变化量不低于预设的瞬态电压变化率VTRAN，和/或限定实际测量的瞬态短接电流的变化量不低于预设的瞬态电流值ITRAN，也即侦测到的串级电压被短路而诱发的预定指标的变化量必须先满足之前预设的变化条件。满足之前预设的变化条件的前提下，在侦测到预定指标的变化量满足预设的变化条件（例如瞬态电压变化率不低于VTRAN和/或瞬态短接电流不低于ITRAN）、且瞬态短接事件所持续的时间与指示时间2秒相同时，即瞬态电压变化率不低于VTRAN的持续时间大致为2秒和/或瞬态短接电流不低于ITRAN的持续时间大致为2秒，待切换工作模式的光伏组件PV才执行工作模式的切换：也即其配套的切换模块SH将其切换到移除状态或接入状态。在可选但非必须的实施例中，假设：待切换工作模式的光伏组件PVN它配置的处理器200在侦测链路的瞬态短接事件时，除了要侦测串级电压被短路而诱发的预定指标的变化量（如瞬态电压变化率和/或瞬态短接电流）满足预设的变化条件，还需额外测量待切换工作模式的光伏组件PVN的瞬时输出功率，只有同时满足光伏组件PVN的瞬时输出功率近乎等于零和串级电压被短路而诱发的预定指标的变化量满足预设的变化条件，才是真实的有效短接事件，待切换工作模式的光伏组件PV才从接入模式切换到移除模式或相反，否则视为无效的指令而不予切换。在可选实施例中：控制开关Q被接通1.2秒的指示时间，瞬态电压变化率在Q接通的1.2秒内的变化量不低于预设瞬态电压变化率VTRAN，和/或瞬态短接电流在Q接通的1.2秒内的变化量不低于预设瞬态电流值ITRAN，以某待切换工作模式的光伏组件PV1作为范例，感测到串级电压被短路而诱发的预定指标的变化量要先满足之前预设的变化条件的前提下（如瞬态电压变化率不低于VTRAN和/或瞬态短接电流不低于ITRAN）、且瞬态短接事件所持续的时间与指示时间1.2秒相同时，即瞬态电压变化率不低于VTRAN的持续时间约为1.2秒和/或瞬态短接电流不低于ITRAN的持续时间约为1.2秒，期间在Q接通的1.2秒内测量光伏组件PV1的输出功率也即其输出电流和输出电压的乘积，如果这期间配套光伏组件PV1的输出功率近乎为零而无法对外提供输出功率，切换模块SH1才执行接入到移除或移除到接入的模式切换。

参见图9，电池串组中的各个光伏组件PV1-PVN当中只要有一部分的光伏组件没有被它配套的切换模块给旁路掉，那么等效正极和等效负极EA-EC之间就存在电压，所以通过瞬态短接一次或多次串级电压，然后处理器200检测预定指标的变化，也即短接电流的增加和/或串级电压的瞬态降低，所以处理器200根据预定指标的变化作为指令来执行对应的操作：由侦测到的瞬态短接事件作为依据而接通SQ1和关断SQ2并将光伏组件接入到电池串组中，或由侦测到的瞬态短接事件作为依据而关断SQ1和接通SQ2并将光伏组件从电池串组中移除。考虑另一个现实的问题：各个光伏组件PV1-PVN当中被接入到电池串组的光伏组件数量十分少，甚至所有光伏组件PV1-PVN都被旁路，那么等效正极和等效负极EA-EC之间的串级电压就很微小甚至为零，导致短接电流的增加和/或串级电压的瞬态降低不明显，甚至预定指标没有任何变化，那么切换就变得困难。例如如果光伏组件之前是接入状态—SQ1接通/SQ2关断，后来被瞬态短接事件下达的指令切换到使得光伏组件进入休眠/待机状态—SQ1关断/SQ2接通，等效正极和等效负极EA-EC之间的串级电压就很微小甚至为零，此时再以瞬态短接事件下达的指令就不起作用，由于前文提及到可以在切换模块SH拓扑中设置分流器RS，此时一个解决方案是：在电池串组上产生电位差，例如在等效正极和等效负极EA-EC之间产生电位差，由于各级处于被移除状态的切换模块的移除开关都是接通的，所以传输线LAN和各个分流器RS上就会产生注入电流，如果处理器200感测到了注入电流就会重新接通接入开关SQ1。这里分两种情况：切换模块SH1-SHN全部接通移除开关SQ2和关断接入开关SQ1；或者是另一种情况：部分切换模块的移除开关SQ2接通和接入开关SQ1关断，余下另一部分部分切换模块的移除开关SQ2关断和接入开关SQ1接通，此时接入开关SQ1处于接入状态的切换模块的移除开关SQ2是关断的但其接入开关SQ1是接通的，所以第一节点和第二节点之间仍然是接通的，所以注入电流仍然能够被分流器RS有效的检测到。在等效正极和等效负极EA-EC之间产生电位差很容易，可以直接利用其他电源来产生电位差，更简单的方案是基于光伏组件的应用场合使用了图1的逆变器INVT等，所以逆变器INVT反向的在等效正极和等效负极EA-EC之间产生电位差即可。

参见图3，如果电压转换电路PO_M的第四开关S4持续接通和第二开关S2持续关断在前文中已经解释：则第一开关S1可以等效为接入开关、第三开关S3可以等效为移除开关，那么电压转换电路PO_M的原始升降压电路功能被取消，作为替代功能它可以视为将光伏组件PV_M接入或移除的切换模块，类似于图8的切换模块SH_M。实质上无论电压转换电路用作原始升降压电路还是用作切换模块，都有可能使得串级电压十分微弱甚至为零，例如原始升降压电路/功率优化器被处理器控制处于待机/休眠状态，电压转换电路的输出电压很小甚至为零，那么总的串级电压也很小。例如电压转换电路用作切换模块，各个光伏组件PV1-PVN当中被用作切换模块的电压转换电路接入到电池串组的光伏组件数量十分少，甚至有可能所有光伏组件PV1-PVN都被旁路，那么等效正极和等效负极EA-EC之间的串级电压就很微小甚至为零。如果电压转换电路从最大功率追踪的模式后来被瞬态短接事件下达的指令切换到使电压转换电路进入休眠/待机状态，等效正极和等效负极EA-EC之间的串级电压就很微小甚至为零，此时再以瞬态短接事件下达的指令要求电压转换电路恢复到功率追踪或安全模式就不起作用。由于前文提及到可以在电压转换电路拓扑中设置分流器RS，因此用作切换模块的电压转换电路可以通过和上文相同的检测分流器RS的电流来从待机/休眠模式恢复到功率追踪的工作模式。电压转换电路的另一个恢复功率追踪模式的解决方案是：在电池串组上产生电位差，在等效正极和等效负极EA-EC之间产生电位差，待机的电压转换电路的输出电压都接近等于零，产生电位差的瞬间各个输出电容CO上就会因为施加的电位差产生瞬态的脉冲，处理器200如果感测到了产生的脉冲就会重新驱动压转换电路执行最大功率追踪，尖峰脉冲的感测在现有技术的检测手段中属于成熟的技术。基于串级电压很微小甚至为零的情况，当电池串组中的至少一部分光伏组件各自对应的电压转换电路处于休眠/待机时，光伏组件从休眠/待机模式切换到最大功率追踪模式的方式为：在首个的第一级电压转换电路PO1的第一输出端和末尾最后一级的电压转换电路PON的第二输出端之间产生电位差，可通过逆变器反向产生电位差，当光伏组件配置的处理器感测到输出电容CO上因为施加瞬间电位差而引起的尖峰脉冲时，就从休眠/待机恢复到功率追踪模式。

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。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)

1.一种用于光伏组件的功率优化器在不同工作模式之间切换的方法，其特征在于，电池串组包括串联连接的多个光伏组件；

每一个光伏组件均配置有用于执行最大功率点追踪的功率优化器；

每一个电池串组中各个光伏组件各自对应的功率优化器串联连接构成一个链路从而提供串级电压；

所述的方法包括：

瞬态短接一次或多次待切换工作模式的功率优化器所属的链路提供的串级电压；

由待切换工作模式的功率优化器侦测链路是否发生瞬态短接事件，藉由侦测到的瞬态短接事件作为从一种工作模式切换到另一种工作模式的依据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

侦测瞬态短接事件的方式包括侦测串级电压被短路而诱发的预定指标的变化量；

在所述变化量满足预设的变化条件时，待切换工作模式的功率优化器才从一种工作模式切换到另一种工作模式。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述的预定指标至少包括流经被瞬态短接的链路的瞬态短接电流和/或包括被瞬态短接的链路的串级电压的瞬态变化率。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

功率优化器的工作模式至少包括：

功率优化器的输出电压持续低于输入电压的安全模式；以及

功率优化器使与其配对的光伏组件工作在最大功率点的功率追踪模式。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：

功率优化器的所述安全模式包括：

使功率优化器的输出电压与输入电压之比钳制在低于一个预设比例关系。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

由用作开关模式电源的功率优化器输出与之配对的光伏组件实施直流电压转换后的输出电压；

待切换工作模式的功率优化器实施不同工作模式切换的方式包括：

改变用于驱动所述功率优化器的脉冲宽度调制信号的开关操作频率或占空比，使得两种不同工作模式下的脉冲宽度调制信号的开关操作频率或占空比不同。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

侦测瞬态短接事件还包括限定：

串级电压在预设时段内被短路的统计次数符合预期次数。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

每一个功率优化器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，其输出电容连接在第一、第二输出端之间；

多级功率优化器串联连接的链路中，任意前一级功率优化器的第二输出端耦合到相邻后一级电压转换电路的第一输出端；从而

多级功率优化器各自的输出电容相互串联连接，链路提供的总的串级电压等于它当中多级功率优化器各自的输出电容上的电压的叠加值。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：

链路中串联的多级功率优化器中的首个第一级功率优化器的第一输出端与末尾的最后一级功率优化器的第二输出端之间耦合有控制开关；

对链路提供的串级电压实施瞬态短接的方式为：

接通该控制开关后迅速断开。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：

侦测瞬态短接事件的方式包括侦测串级电压被短路而诱发的预定指标的变化量；以及

接通该控制开关一个指示时间后再迅速断开控制开关；从而

在侦测到预定指标的变化量满足预设的变化条件、且瞬态短接事件所持续的时间与所述指示时间相同时，待切换工作模式的功率优化器才执行工作模式的切换。