CN109787213A - 供电系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及含一种供电系统及其实现方法，主要包括多个串联连接的用于执行直流电到直流电变换的高频开关变换器，每一个直流电源均相应地向一个高频开关变换器提供电能。任意一个高频开关变换器至少包括运行于非高频开关操作的第一工作状态和运行于高频开关操作的第二工作状态，第一工作状态下的高频开关变换器用于保障其输入功率近乎无损的等于输出功率，第二工作状态下的高频开关变换器用于将与之对应的一个直流电源的输出电流和输出电压设置在最大功率点。

Description

供电系统及其实现方法

技术领域

本发明主要涉及到光伏发电领域，更确切的说，是涉及到在含有光伏组件或含有其他类型电池的发电系统中提出了对直流电源实施功率优化的方案，保障直流电源在较为可靠的工作前提下实现功率最大程度的跟踪。

背景技术

光伏发电系统的成本之一是光伏组件，由于光伏组件并非是按照预期那样能够作为完美的直流电源，无论是输出电流还是输出电压以及输出的对外功率，都是随着环境温度和光辐照强度等一些外部因素的变化而变化，导致了通常的光伏组件在能量的优化方面无法达到极致的吸收。再者，光伏组件是逐步老化的，其性能和品质在二十多年的寿命时段内是不停的衰减，而且不同电池之间的工作曲线也并非完全一致，更导致了电池之间的老化程度不一致。另一个在行业内部显而易见的疑虑是不匹配问题，譬如电压和电流的组合不匹配造成的，光伏组件被附近建筑物的遮挡、表面灰尘污垢、树影和云层遮挡、程度不同的老化和环境温度的急剧变化等，光伏组件的不匹配问题直接导致光伏组件产生不平衡的功率损失。常常依赖优化器来保障整个发电系统尽可能的挽回损失。

行业内在考虑功率优化时，通常假设串联的光伏组件都具有相同的光照强度、温度和性能参数，并且以全局的方式来优化：所谓全局优化是指串联的光伏组件的电压和电流在逆变器一侧进行最大功率点追踪，可以理解为对母线上的直流母线电压和直流母线电流的最大功率点追踪，因此当前的光伏逆变器大部分带有MPPT功能。针对所谓的全局优化带来的优化幅度十分有限的缺陷，例如在面临部分遮蔽效应、温度不平衡和安装倾角等因素的不同，都可能造成组件的电流和电压不匹配及系统的效能低下，从而另外一种在光伏组件的本地实施优化的方式也即局部优化被广泛采用。所谓的局部优化是指光伏组件的电压和电流在优化器一侧进行最大功率点追踪，然后串联的光伏组件再将优化后的功率汇总集中输送给逆变器等设备进行功率转换。

光伏电池板输出的最大功率取决于最佳的输出电流乘以最佳的输出电压，在任何适应于环境条件的状态下，具有一个共识：每块光伏电池都存在一个最大的功率点，它对应于光伏组件的最大功率输出量。关于最大功率追踪的技术方案，很多现有技术已经进行了大量的讨论，如中国专利申请201410279721.0披露的基于功率预测的最大功率跟踪算法被用来监控和优化每块光伏电池板的电能，该申请认为在外部条件发生改变时，诸如光照强度改变等，常规最大功率跟踪算法将出现误判，使得直流母线电压长时间偏离理想电压而严重影响发电效率，并可能因为误判导致母线电压过低而使得输出电流畸变。因此该申请提出的最大功率跟踪算法通过电导增量法实现最大功率点跟踪。

发明内容

在可选的实施例中，本申请披露了一种供电系统，包括：

多个串联连接的用于执行直流电到直流电变换的高频开关变换器；

多个直流电源，每一个直流电源均相应地向一个高频开关变换器提供电能；

任意一个高频开关变换器至少包括运行于非高频开关操作的第一工作状态和运行于高频开关操作的第二工作状态；

第一工作状态下的高频开关变换器用于保障其输入功率近乎无损的等于输出功率；

第二工作状态下的高频开关变换器用于将与之对应的一个直流电源的输出电流和输出电压设置在最大功率点；

每一个高频开关变换器在第一和第二工作状态之间动态地更迭，当任意一个高频开关变换器所对应的一个直流电源的功率在满足不低于预设功率值时，该任意一个高频开关变换器进入第一工作状态，否则进入第二工作状态。

上述的供电系统，其中：

数量为N的高频开关变换器对应数量为N的直流电源，N为大于1的自然数；

建立关于母线电流I_O和任意第K级高频开关变换器的输出电压V_K的数学模型：

V_K＝P_K÷I_O；

则从第一级到第N级的高频开关变换器分别提供输出电压V₁、V₂、V₃……V_N；

任意第K级高频开关变换器的输出电压V_K等于第K级直流电源的对外功率P_K除以母线电流I_O，自然数K满足1≤K≤N；

数量为N的多个直流电源各自提供的对外功率分别测量并累加计算总功率P_TOL；

第一工作状态下的高频开关变换器的输出电压通过测量作为已知量从而代入到关于母线电流I_O的数学模型中；

第二工作状态下的高频开关变换器的输出电压利用关于输出电压V_K的数学模型作为待计算量从而代入到母线电流I_O的数学模型；

确认母线电流I_O和第二工作状态下的高频开关变换器的输出电压。

上述的供电系统，其中：

每一个高频开关变换器在第一和第二工作状态之间的动态更迭而钳制其输出电压也随之动态迭代；

使多个串联的高频开关变换器各自的输出电压叠加所提供的直流母线电压以自适应的方式在预定的合理区间动态调节。

上述的供电系统，其中：

第二工作状态下的高频开关变换器的电压调制方式为：

基于高频开关变换器的电感电流所建立的内环PI控制器和基于直流电源的输出电压所建立的外环PI控制器而产生脉宽调制信号；

外环PI控制器将直流电源的最大功率点对应的电压设为给定指令值以及同步调节直流电源的实际输出电压对最大功率点电压的偏差；

内环PI控制器将外环PI控制器给出的电流参考值设为给定指令值以及同步调节实际电感电流对电流参考值的偏差；

脉宽调制信号用来驱动高频开关变换器，用于将与高频开关变换器对应的直流电源的输出电压设置在最大功率点对应的电压。

上述的供电系统，其中：

第一工作状态下的高频开关变换器的电压调制方式为：

设置每一个高频开关变换器具有耦合到相应的直流电源正极的第一输入端和具有耦合到相应的直流电源负极的第二输入端、以及具有提供输出电压的第一和第二输出端；

高频开关变换器进入第一工作状态时第一输入端直接短路到第一输出端以及第二输入端直接短路到第二输出端。

上述的供电系统，其中：

第一工作状态下的高频开关变换器具有第一或第二静态模式，以满足其输入功率近乎无损的等于输出功率；

第一静态模式：

高频开关变换器的第一输入端和第一输出端之间原本用作高频开关操作而执行功率转换的所有功率开关被控制处于持续接通的状态；或者

高频开关变换器的第二输入端和第二输出端之间原本用作高频开关操作而执行功率转换的所有功率开关被控制处于持续接通的状态；以及

第二静态模式：

高频开关变换器的第一输入端和第一输出端之间额外附加的一个旁路开关被控制处于持续接通的状态；或者

高频开关变换器的第二输入端和第二输出端之间额外附加的一个旁路开关被控制处于持续接通的状态。

上述的供电系统，其中：

高频开关变换器在第一和第二工作状态之间切换的频率高于预定频率时，则高频开关变换器直接进入第一工作状态下的第一静态模式，否则高频开关变换器进入第一工作状态下的第二静态模式。

上述的供电系统，其中：

高频开关变换器至少包括Buck、Boost、Buck-Boost电路拓扑之一。

上述的供电系统，其中：

每一个高频开关变换器均配置有一个处理器，处理器至少带有追踪直流电源的最大功率点所对应的电压的MPPT模块。

上述的供电系统，其中：

高频开关变换器包括：

串联在接收直流电源提供的电压源的第一和第二输入端之间的第一和第二功率开关；

串联在提供输出电压的第一和第二输出端之间的第三和第四功率开关；

在第一和第二功率开关间的互连节点与第三和第四功率开关间的互连节点之间设有电感元件以及第二输入端耦合到第二输出端。

上述的供电系统，其中：

第二工作状态下的高频开关变换器的电压调制方式至少包括：

第一调制模式、第三功率开关持续关断而第四功率开关持续接通并且第一和第二功率开关高频交替接通的降压模式；或者

第二调制模式、第一功率开关持续接通而第二功率开关持续关断并且第三和第四功率开关高频交替接通的升压模式；或者

第三调制模式、第一和第二功率开关高频交替接通以及第三和第四功率开关高频交替接通的升降压模式。

上述的供电系统，其中：

高频开关变换器的第一输入端和第一输出端之间额外附加的一个旁路开关；

高频开关变换器的第二输入端和第二输出端之间额外附加的一个旁路开关；

在高频开关变换器的输出电压等于输入电压的阶段，以旁路模式替代所述的第三调制模式：通过旁路开关将第一输入端和第一输出端短接、将第二输入端和第二输出端短接。

上述的供电系统，其中：

直流电源的类型包括燃料电池。

上述的供电系统，其中：

直流电源的类型包括光伏组件，且功率是否满足不低于预设功率值的检测手段包括：

检测光伏组件的实际输出的对外功率是否不低于预设功率值；或

检测光伏组件所处环境的实际光照辐射度是否满足预设功率值所要求的辐射强度；或

检测光伏组件所处环境的实际温度是否满足预设功率值所要求的温度条件。

在可选的实施例中，本申请披露了一种供电系统的实现方法，包括：

将用于执行直流电到直流电变换的多个高频开关变换器予以串联连接，叠加多个高频开关变换器各自的输出电压作为直流母线电压；

利用每一个高频开关变换器对接一个直流电源，由高频开关变换器吸取直流电源所提供的电能，并执行将接收的电能转换成输出功率的功率转换；

实时检测每一个高频开关变换器所对应的一个直流电源输出的对外功率；

当任意一个高频开关变换器对应的直流电源的功率在满足不低于预设功率值时，该任意一个高频开关变换器运行于非高频开关操作的第一工作状态，否则切换到运行于高频开关操作的第二工作状态；

第一工作状态下的高频开关变换器用于保障其输入功率近乎无损的等于输出功率；

第二工作状态下的高频开关变换器用于将与之对应的一个直流电源的输出电流和输出电压设置在最大功率点；

从而每一个高频开关变换器随着它对应的一个直流电源输出的对外功率的变化而随之在第一和第二工作状态之间动态地更迭。

上述的方法，其中：

S1、建立关于母线电流I_O和任意第K级高频开关变换器的输出电压V_K的数学模型：

V_K＝P_K÷I_O；

设定数量为N的高频开关变换器对应数量为N的直流电源，N为大于1的自然数；

第一级到第N级的高频开关变换器分别提供输出电压V₁、V₂、V₃……V_N；

任意第K级高频开关变换器的输出电压V_K等于第K级直流电源的对外功率P_K除以母线电流I_O，自然数K满足1≤K≤N；

S2、测量数量为N的多个直流电源各自所提供的对外功率，将被测量后的多个对外功率值相加计算出一个总功率P_TOL；

S3、测量第一工作状态下的各个高频开关变换器的输出电压，将其作为已知量从而代入到关于母线电流I_O的数学模型中；

利用关于输出电压V_K的数学模型，换算出第二工作状态下的各个高频开关变换器的输出电压并作为待计算量，将待计算量代入到母线电流I_O的数学模型中；

确认母线电流I_O和进一步计算出第二工作状态下的高频开关变换器的输出电压。

上述的方法，其中：

多个串联的高频开关变换器各自的输出电压叠加所提供的直流母线电压以自适应的方式在预定的合理区间动态调节，其方案包括：

由于每一个高频开关变换器在第一和第二工作状态之间的动态更迭，以至于每一个高频开关变换器的输出电压也随之动态迭代；

从而由多个高频开关变换器各自的输出电压叠加得到的直流母线电压也动态浮动。

上述的方法，其中：

第二工作状态下的高频开关变换器的电压调制方式为：

基于高频开关变换器的电感电流所建立的内环PI控制器和基于直流电源的输出电压所建立的外环PI控制器而产生脉宽调制信号；

外环PI控制器将直流电源的最大功率点对应的电压设为给定指令值以及同步调节直流电源的属于变化量的实际输出电压对最大功率点电压的偏差；

内环PI控制器将外环PI控制器给出的电流参考值设为给定指令值以及同步调节属于变化量的实际电感电流对电流参考值的偏差；

脉宽调制信号用来驱动高频开关变换器，用于将与高频开关变换器对应的直流电源的输出电压设置在最大功率点对应的电压。

上述的方法，其中：

第一工作状态下的高频开关变换器的电压调制方式为：

设置每一个高频开关变换器具有耦合到相应的直流电源正极的第一输入端和具有耦合到相应的直流电源负极的第二输入端、以及具有提供输出电压的第一和第二输出端；

高频开关变换器进入第一工作状态时第一输入端直接短路到第一输出端以及第二输入端直接短路到第二输出端。

上述的方法，其中：

第一工作状态下的高频开关变换器具有第一或第二静态模式，以满足其输入功率近乎无损的等于输出功率；

第一静态模式：

高频开关变换器的第一输入端和第一输出端之间原本用作高频开关操作而执行功率转换的所有功率开关被控制处于持续接通的状态；或者

高频开关变换器的第二输入端和第二输出端之间原本用作高频开关操作而执行功率转换的所有功率开关被控制处于持续接通的状态；以及

第二静态模式：

高频开关变换器的第一输入端和第一输出端之间额外附加的一个旁路开关被控制处于持续接通的状态；或者

高频开关变换器的第二输入端和第二输出端之间额外附加的一个旁路开关被控制处于持续接通的状态。

上述的方法，其中：

高频开关变换器在第一和第二工作状态之间切换：

当切换的频率高于预定频率时，则高频开关变换器直接进入第一工作状态下的第一静态模式，否则高频开关变换器进入第一工作状态下的第二静态模式。

上述的方法，其中：

高频开关变换器包括：

串联在接收直流电源提供的电压源的第一和第二输入端之间的第一和第二功率开关；

串联在提供输出电压的第一和第二输出端之间的第三和第四功率开关；

在第一和第二功率开关间的互连节点与第三和第四功率开关间的互连节点之间设有电感元件以及第二输入端耦合到第二输出端。

上述的方法，其中：

第二工作状态下的高频开关变换器根据其输出电压和对应的一个直流电源的最大功率点电压之间的增益关系，判断出执行以下的电压调制模式之一：

第一调制模式：第三功率开关持续关断而第四功率开关持续接通并且第一和第二功率开关高频交替接通的降压模式；或者

第二调制模式：第一功率开关持续接通而第二功率开关持续关断并且第三和第四功率开关高频交替接通的升压模式；或者

第三调制模式：第一和第二功率开关高频交替接通以及第三和第四功率开关高频交替接通的升降压模式。

上述的方法，其中：

高频开关变换器的第一输入端和第一输出端之间额外附加的一个旁路开关；

高频开关变换器的第二输入端和第二输出端之间额外附加的一个旁路开关；

在高频开关变换器的输出电压需等于输入电压时，旁路模式替代第三调制模式：也即通过旁路开关将第一输入端和第一输出端短接、将第二输入端和第二输出端短接。

上述的方法，其中：

直流电源的类型包括光伏组件，其功率是否满足不低于预设功率值的判断方法包括：

判断光伏组件的实际输出的对外功率是否不低于预设功率值；或

判断光伏组件所处环境的实际光照辐射度是否满足预设功率值所要求的辐射强度；或

判断光伏组件所处环境的实际温度是否满足预设功率值所要求的温度条件。

在可选的实施例中，本申请披露了一种供电系统的实现方法，包括：

将用于执行直流电到直流电变换的多个高频开关变换器予以串联连接，叠加多个高频开关变换器各自的输出电压作为直流母线电压；

利用每一个高频开关变换器对接一个直流电源，由高频开关变换器吸取直流电源所提供的电能，并执行将接收的电能转换成输出功率的功率转换；

实时检测每一个高频开关变换器所对应的一个直流电源输出的对外功率；

当任意一个高频开关变换器对应的直流电源的功率在满足不低于预设功率值时，该任意一个高频开关变换器运行于非高频开关操作的第一工作状态，否则切换到运行于高频开关操作的第二工作状态；

第一工作状态下的高频开关变换器用于保障其输入功率近乎无损的等于输出功率；

第二工作状态下的高频开关变换器用于将与之对应的一个直流电源的输出电流和输出电压设置在最大功率点；

计算母线电流I_O和第二工作状态下的高频开关变换器的输出电压的方案为：

S1、建立关于母线电流I_O和任意第K级高频开关变换器的输出电压V_K的数学模型：

V_K＝P_K÷I_O；

设定数量为N的高频开关变换器对应数量为N的直流电源，N为大于1的自然数；

第一级到第N级的高频开关变换器分别提供输出电压V₁、V₂、V₃……V_N；

任意第K级高频开关变换器的输出电压V_K等于第K级直流电源的对外功率P_K除以母线电流I_O，自然数K满足1≤K≤N；

S2、测量数量为N的多个直流电源各自所提供的对外功率，将被测量后的多个对外功率值相加计算出一个总功率P_TOL；

S3、测量第一工作状态下的各个高频开关变换器的输出电压，将其作为已知量从而代入到关于母线电流I_O的数学模型中；

利用关于输出电压V_K的数学模型，换算出第二工作状态下的各个高频开关变换器的输出电压并作为待计算量，将待计算量代入到母线电流I_O的数学模型中；

计算出母线电流I_O和进一步计算出第二工作状态下的高频开关变换器的输出电压。

上述的方法，其中：

利用一个逆变器将总功率P_TOL转换成交流电或利用一个充电器将总功率P_TOL用来为蓄电池充电。

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，本申请的特征和优势将显而易见。

图1是诸多的光伏组件先串联后再并联后将总功率提供给逆变器的示意图。

图2是多级光伏组件中的每一个都配置有带有旁路支路的优化器的示意图。

图3是功率优化器也即高频开关变换器配置的处理器带有的各个功能模块。

图4是处理器利用电流内环和电压外环对功率优化器实施双环的控制范例。

图5是处理器控制降压电路结构的高频开关变换器及其旁路支路的示意图。

图6是部分功率优化器处于第一工作状态而另一部分则处于第二工作状态。

图7是功率优化器在第一工作状态和第二工作状态之间动态地更迭的范例。

具体实施方式

下面将结合各实施例，对本发明的技术方案进行清楚完整的阐述，但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。

光伏电池板的输出特性体现在：电池的输出电压和输出电流与光照强度和环境温度等外部因素存在着密切的关联，最大输出功率和最大功率点的对应电压跟随着外部因素的变化而变化，考虑外部因素变化而实现电池的最大功率点追踪是本申请的目的。

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，光伏组件阵列中安装有多个电池组串，电池组串由多个串联连接的光伏组件PV1至PVN串接构成。每块光伏组件或称电池均配有执行最大功率追踪演算的高频开关变换器。在某个电池组串中譬如第一级光伏组件PV1产生的电能由第一级高频开关变换器CH1进行功率转换以执行功率优化，第二级光伏组件PV2产生的电能由第二级高频开关变换器CH2进行功率转换以执行功率优化，依此类推，直至第N级的光伏组件PVN所产生的电能由第N级高频开关变换器CHN进行功率转换以执行功率优化，N为不低于1的自然数。高频开关变换器又称最大功率点跟踪器通常使用特定类型的拓扑电路来搜索最大功率点，并允许高频开关变换器从光伏组件中提取尽可能大的最大功率。

参见图1，第一级高频开关变换器CH1输出电压V_O1，第二级高频开关变换器CH2输出电压V_O2，…依此类推，第N级高频开关变换器CHN输出电压V_ON。任意一串光伏电池组串上总的串级电压通过计算大约为V_O1+V_O2+…V_ON＝V_BUS。不同的多组电池组串并联连接在母线LA和LB之间：如果定义多级高频开关变换器CH1-CHN构成某个链路则不同的多个链路并联连接在母线LA和LB之间。光伏组件阵列提供的总的电能由直流母线输送给能源/能量收集装置，能源收集装置至少包括图1中可将直流电逆变成交流电的逆变器INVT或包括为蓄电池充电的充电器等。实质上图1中的光伏组件仅仅是作为直流电源也即被优化对象的特定范例，高频开关变换器不但兼容晶硅电池板，还可以匹配到部分薄膜电池中，光伏组件也可以被替换成化学电池或电瓶或蓄电池等，高频开关变换器更广泛的意义是对各种不同类型的直流电源实施功率优化，甚至风能和燃料电池等。现有技术中针对直流电源的最大功率追踪的任何方案同样适用于本申请的高频开关变换器，最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。

参见图1，高频开关变换器归属于电力电子设备，主要目的是实现个体光伏组件的最大功率点跟踪的功能。降压Buck电路、升压Boost电路、升降压Buck-Boost电路和另外丘克变换器CUK电路等，是适用于光伏高频开关变换器的主电路拓扑。该等主电路拓扑本质上还是属于开关电源系统的范畴，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。开关电源实现的功率变换是其核心部分，为了满足高功率密度要求，变换器需要工作在高频状态并且开关晶体管要采用开关速度高、导通和关断时间短的功率开关，功率晶闸管、功率场效应晶体管和绝缘型双极型晶体管等。变换器的主要控制方式分为脉冲宽度调制、脉冲频率调制等多种，常用脉宽调制方案。高频开关变换器所体现的是一个直流电到直流电的降压或升压的电压变换器，高频开关变换器对单组件进行最大功率优化后，能量被传输给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。逆变器INVT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。

参见图2，基于叙述的方便，以数量为十个的光伏组件PV1-PV10和相应的十个高频开关变换器CH1-CH10以及配套的逆变器INVT作为范例来阐释整个发电系统。高频开关变换器有耦合到光伏组件的输入端和提供输出功率的输出端。具体的，第一级高频开关变换器CH1输入侧的第一输入端IN₁耦合到第一级光伏组件PV1的正极，第一级高频开关变换器CH1输入侧的第二输入端IN₂耦合到第一级光伏组件PV1的负极，输入侧所接收到的电能被转换成形成在第一级高频开关变换器CH1输出侧的第一输出端NO₁和第二输出端NO₂的输出功率。其他光伏组件PV2-PV10和高频开关变换器CH2-CH10的对应关系已经展示在图中。高频开关变换器CH1-CH10按照如下规律串联连接：任意前一级高频开关变换器的第二输出端通过电力线等耦合到相邻后一级高频开关变换器的第一输出端。以实际的连接关系为例：第一级高频开关变换器CH1的第二输出端NO₂连到第二级高频开关变换器CH2的第一输出端NO₁，及第二级高频开关变换器CH2的第二输出端NO₂连到第三级高频开关变换器CH3的第一输出端NO₁，依此类推，直至第九级高频开关变换器CH9的第二输出端NO₂被直接连接到第十级高频开关变换器CH10的第一输出端NO₁。可以认为：串联的多级高频开关变换器CH1-CH10提供的串级电压等于它们各自的输出电压的叠加值；从而：在第一级高频开关变换器CH1耦合到母线LA的第一输出端NO₁和在第十级高频开关变换器CH10耦合到母线LB的第二输出端NO₂之间可以提供串联的多个高频开关变换器的总的串级电压V_BUS＝V_O1+V_O2+…V_O10。另外还在功率优化器或称为高频开关变换器中，任意一个高频开关变换器的第一输入端IN₁和第二输入端IN₂之间连接输入电容CI，和在任意一个高频开关变换器的第一输出端NO₁和第二输出端NO₂之间连接输出电容CO。

参见图2，功率优化的意义：某个高频开关变换器需要将与之配对某个直流电源的输出电流和输出电压设置成该直流电源的最大功率点，换言之，高频开关变换器需要将自身的输出电流设置成与其配对的直流电源的输出电流无直接关联性，高频开关变换器需要将自身的输出电压设置成与其配对的直流电源的输出电压无直接关联性。

参见图2，传统串联型的功率优化器采用的是固定电压的设计理念。逆变器根据交流端电压确认一个稳定的直流母线的电压，汇总串联的功率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信号传输给功率优化器。功率优化器输出端的电压等于收集的组件最大功率的功率除以母线电流。如多级高频开关变换器CH1-CH10收集的最大功率被输送给逆变器INVT，光伏组件PV1-PV10提供的总功率除逆变器INVT的直流母线的固定电压就能计算出母线电流I_O。组件出现被遮挡的情况后，它对应的功率优化器根据伏安曲线重新确定最大输出功率值，通过无线或载波传输给逆变器。在维持直流母线电压不变的前提下，重新计算母线电流例如变小并反馈给各高频开关变换器。此时被遮挡的组件的功率降低，它对应的高频开关变换器也会降压来确认输出电流达标。其他未被遮挡的组件的高频开关变换器则会升压来达标输出电流，这个动态调节其实是电压补足的过程，从而提供给逆变器的直流端母线电压被稳定。固定电压的设计理念，极易导致未被遮挡的光伏组件对应的高频开关变换器的输出电压可能超过高频开关变换器自身的电压耐受范围，部分组件遮挡越严重时这一问题愈发突出。天空中飘过的云朵或建筑物或树阴等都是遮挡的诱发因素，无论是季节性的阴影或以若干小时计算的短暂阴影，功率波动引起的电压超出范围很难预测，这是母线电压固定的弊端。

参见图2，多级高频开关变换器CH1-CH10均配置有处理器，除了执行MPPT是由处理器输出的脉冲宽度调制信号PWM实现的，处理器和它配置的外设硬件还可以采集直流电源或高频开关变换器的各类目标参数，相当于数据采集器，因为逆变器INVT能撷取这些目标参数数据是十分有意义的，如基于每个电池组串的总功率来计算母线电流和调节母线电压以及将各类数据传送到云端服务器作为备份或供调用等。在可选的实施例中外设硬件可以将光伏组件的电压和电流、功率以及温度和发电量等等一系列的相关指定目标参数信息进行采集，例如电压参数由电压传感器、电流参数由电流传感器、温度参数由温度感应器等外设硬件采集。外设硬件的种类越多处理器能够得到的和光伏组件相关的参数种类也就越多，但成本会增加，这需要折衷。目标参数还可以包括通过环境监测仪来侦测到的光伏组件所处的周边环境因素数据：环境温度及湿度、风速、光照强度和气压等，环境监测仪是数据采集器的一种。高频开关变换器彼此之间通过无线通信或载波通信可以互传数据或者高频开关变换器和逆变器INVT之间通过无线通信或载波通信互传数据。

参见图2，在第一级高频开关变换器CH1中配置有第一旁路支路BY1A和/或配置有第二旁路支路BY1B，第一旁路支路BY1A耦合在第一级高频开关变换器CH1的第一输入端IN₁和第一输出端NO₁之间，以及还有第二旁路支路BY1B耦合在第一级高频开关变换器CH1的第二输入端IN₂和第二输出端NO₂之间。如果第一旁路支路BY1A接通则导致第一级高频开关变换器CH1的第一输入端IN₁和第一输出端NO₁之间短接，或如果第二旁路支路BY1B接通则导致第一级高频开关变换器CH1的第二输入端IN₂和第二输出端NO₂之间短接，意味着第一级高频开关变换器CH1被旁路掉。实际上其他的各个高频开关变换器CH2-CH10也各自配置有旁路支路。

参见图2，在第十级高频开关变换器CH10中配置有第一旁路支路BY10A和/或配有第二旁路支路BY10B，第一旁路支路BY10A耦合在第十级高频开关变换器CH10中的第一输入端IN₁和第一输出端NO₁之间，还有第二旁路支路BY10B耦合在第十级高频开关变换器CH10的第二输入端IN₂和第二输出端NO₂间。第一旁路支路BY10A接通则导致第十级高频开关变换器CH10的第一输入端IN₁和第一输出端NO₁之间短接，或如果第二旁路支路BY10B接通则导致第十级高频开关变换器CH10的第二输入端IN₂和第二输出端NO₂之间短接，意味着第十级高频开关变换器CH10被旁路掉。余下其他高频开关变换器CH2-CH9各自的第一旁路支路BY2A-BY9A和第二旁路支路BY2B-BY9B不再反复赘述，它们的连接方式与高频开关变换器CH1及CH10类似。

参见图2，根据前文内容可知，发电系统具有多个串联连接的用于执行直流电到直流电变换的高频开关变换器CH1-CH10，多个作为直流电源的光伏组件PV1-PV10并且组件还可以替换成燃料电池等，直流电源相对应地向高频开关变换器提供电能例如电池串组当中的光伏组件PV1相应地向高频开关变换器CH1提供电能。本申请中任意一个高频开关变换器至少包括运行于非高频开关操作的第一工作状态和运行于高频开关操作的第二工作状态：其中第一工作状态下的高频开关变换器用于保障其输入功率近乎无损的等于输出功率、而第二工作状态下的高频开关变换器用于将与之对应的一个直流电源的输出电流和输出电压设置在最大功率点。每一个高频开关变换器在第一工作状态和第二工作状态之间动态地更迭，当任意一个高频开关变换器所对应的直流电源的功率在满足不低于预设功率值时，该任意一个高频开关变换器进入第一工作状态，否则进入第二工作状态。

参见图3，高频开关变换器CHK，其中1≤K≤N，可以取值1-N，作为功率优化器的高频开关变换器CHK主要用于将对应的光伏组件PVK设置在最大功率点。其中高频开关变换器CHK配置的处理器300至少带有通讯模块302、追踪光伏组件PVK的最大功率点对应的电压的MPPT模块301、保存数据的存储模块305、和产生脉冲宽度调制信号的PWM信号产生模块303等必要的单元或模块。和处理器具有相同功能的其他的等同控制器如：逻辑器件、复数的微处理器、控制装置、状态机、控制器、芯片、软件驱动控制、门阵列等。其中光伏组件PVK配置的处理器300通过电压传感器111来采样光伏组件PVK的输出电压和通过电流传感器112采样光伏组件PVK的输出电流，以及还有处理器300通过电压传感器113感测高频开关变换器CHK的输出电压和通过另外的电流传感器114感测高频开关变换器CHK的输出电流。甚至，利用光照传感器150判断光伏组件PVK所处环境的实际光照辐射度，利用温度传感器160判断光伏组件PVK所处环境的实际温度，因为这些外部因素都影响着电池的输出特性。图中略去了各类传感器采集到目标参数的模拟量被转换成数字量的过程。这些罗列的传感器或更多用于侦测电池其他参数的各类传感器采集的数据可以保存到存储模块305，例如采用电力线载波通信或无线通信的通讯模块302可以从存储模块305读取这些数据并向外发送，譬如可以发送给逆变器INVT或是在串联的多个高频开关变换器之间互相收发数据。通讯模块302还可以将从外部读取或接收到的数据保存到存储模块305。

参见图3，关于MPPT模块301，以扰动观察法为例，处理器300通过基于光伏组件的输出电压及输出电流相乘计算出实际功率是落在最大功率点左侧还是右侧，并通过最大功率点追踪算法判断出光伏组件的最大功率点所对应的电压，这属于现有技术。除了扰动观察法之外最常见的最大功率追踪算法还有恒定电压法、电导增量法等。因此，实现最大功率点追踪演算的MPPT模块301的功能之一必然包括确定光伏组件的最大功率点对应的电压值V_MPP，在判断出最大功率点对应的电压V_MPP后，处理器300根据判断结果还需要执行将光伏组件PVK设定工作在最大功率点的处理环节，是由处理器300通过输出的脉冲调制信号PWM来驱动高频开关变换器CHK将光伏组件PVK的输出电压稳定在光伏组件PVK的最大功率点处对应的电压值V_MPP处。处理器300带有视为脉宽调制器或数字脉宽调制器的PWM信号产生模块303，它用来产生脉冲调制信号并进一步驱动或控制高频开关变换器CHK的运行。处理器300输出的其他驱动信号还可以用来控制高频开关变换器CHK的第一旁路支路BYKA或第二旁路支路BYKB的导通或断开。

参见图3，考虑到光伏组件的输出特性是非线性的直流电源，光照传感器150和温度传感器160及电压传感器111和电流传感器112等参数传感器的相互配合，完全能够映射出光伏组件PVK的外部环境因素和实际的工作状态。在光照强度不同的辐射等级下光伏组件的功率-电压曲线也不相同，大致可归纳为：在光照强度不一致的情况下，光伏组件的功率-电压曲线表现的特性是辐射强度越大，光伏电池的输出功率越大，反之则输出功率越小。光照强度变化譬如阴影遮挡会导致光伏组件的最大功率点发生改变，高频开关变换器需要在功率-电压上去追踪最大功率点。光伏组件的特性还在于短路电流随着光照强度的变化而变化，光照越强则短路电流越大，开路电压略微增大但基本上可以认为它几乎不发生较大幅度的变化。光伏电池的输出特性与温度也有关，表现为温度越高，短路电流略微变大，但开路电压降低，最大输出功率越小。光伏组件发生功率降低的因素除了阴影遮挡，还包括老化等，如果遮挡不复存在，则功率降低自然被解除。在基本相同的外部环境条件下，光伏组件具有唯一的最大输出功率点，而且在最大功率点左侧，光伏组件的输出功率随光伏组件的输出电压上升而呈现线性上升趋势，到达最大功率点后，光伏组件的输出功率迅速下降，并且最大功率点右侧的功率下降的速度远大于它在最大功率点左侧的上升速度。在最大功率追踪的恒定电压法中，一般认为光伏组件的最大功率点对应的输出电压大约等于光伏组件的开路电压的70％-80％左右。

参见图4，即将介绍控制高频开关变换器CHK运行在第二工作状态下的方案而前文提及的第一工作状态则在后文中会继续介绍。前文已经介绍了高频开关变换器的主拓扑电路结构，光伏组件PVK利用高频开关变换器CHK产生期望的输出电压同时执行最大功率点追踪。高频开关变换器CHK输入侧的第一输入端IN₁耦合到光伏组件PVK正极以及第二输入端IN₂耦合到光伏组件PVK的负极处。而高频开关变换器CHK输出侧的第一输出端NO₁和第二输出端NO₂之间提供输出电压及转换功率，另外输入电容CI被连接在第一输入端IN₁和第二输入端IN₂之间及输出电容CO被连接在第一输出端NO₁和第二输出端NO₂之间。本申请记载的电压转换电路/优化器或称高频开关变换器将光伏组件提供的直流电执行DC/DC的电压转换并同步执行最大功率追踪演算。电流传感器110可用于检测和监控高频开关变换器中流经电感元件L的电感电流IL。

参见图4，高频开关变换器CHK以正极性的Buck-Boost电路为例，降压转换电路模块的功率开关S1和功率开关S2串联在第一输入端IN₁和第二输入端IN₂之间，以及还有高频开关变换器CHK的升压转换电路模块的功率开关S3和功率开关S4则串联在第一输出端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，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，升降压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IN₂可以直接耦合到一起或设定它们的电位基本相同。高频开关变换器配置的处理器300带有的PWM信号产生模块303或称为脉宽调制器发出的几路PWM脉冲调制信号可以用于驱动功率开关S1-S4，还可以利用额外的驱动器400或功能相同的驱动电路加强调制信号的驱动能力，驱动器400输出的几路驱动信号T1-T4分别耦合到开关S1-S4的栅极控制端。

参见图4，高频开关变换器CHK包括直流到直流的升降压型电压转换器，在其被确定的输出电压V_OK高于与之对应的光伏组件PVK的最大功率点对应的电压时，则高频开关变换器CHK由脉冲宽度调制信号PWM控制工作于升压模式，即升压转换电路来抬升电压而降压转换电路模块的功率开关S1持续接通和功率开关S2持续关断。在高频开关变换器被确定的输出电压V_OK低于光伏组件PVK的最大功率点对应的电压时，则高频开关变换器CHK由脉冲宽度调制信号PWM控制工作于降压模式，降压转换电路模块来降低电压而升压转换电路模块的功率开关S4持续接通和功率开关S3持续关断。在高频开关变换器CHK被确定的输出电压V_OK接近光伏组件PVK的最大功率点对应的电压时也即两者的电压近乎相等时，则高频开关变换器CHK由脉冲宽度调制信号控制工作于含升压模式和降压模式的混合模式Mixed-mode，关于Buck-Boost电路工作于含升压和降压的混合模式属于已知的技术，譬如功率开关S1/S3接通同时功率开关S2/S4关断并且后续再切换到功率开关S2/S4接通同时功率开关S1/S3关断以及以此循环等。

参见图4，另外作为可选的实施例，在输出电压V_OK近乎等于光伏组件PVK的最大功率点对应的电压V_MPP时，还可以主张直接将原本用作高频开关电源模式SMPS的高频开关变换器CHK控制工作于贯通模式：其耦合到光伏组件正极的第一输入端IN₁直接被连接到提供输出电压的第一输出端NO₁譬如开关S1/S4接通而开关S2/S3关断；耦合到光伏组件负极的第二输入端IN₂直接被连接到提供输出电压的第二输出端NO₂，所以如果第二输入端IN₂和第二输出端NO₂之间耦合有任何开关则此时此开关必须接通。另外在贯通模式中功率开关S2/S3关断意味着第一输入端IN₁/第一输出端NO₁两者必须和第二输入端IN₂/第二输出端NO₂两者实施电气隔离，升压或降压等调压功能保障了高频开关变换器输出电压的高低可调节性。含有四个功率开关管的正极性Buck-Boost电路通常是不包含图示的旁路开关S5A，然而旁路开关S5A作为图3的第一旁路支路BYKA可以受到处理器300输出的驱动信号T5的控制而被接通或关断。当在输出电压V_OK近乎等于光伏组件PVK的最大功率点对应的电压V_MPP时，可以主张直接将功率开关S1-S4全部关断而直接接通旁路开关S5A，同样达到与贯通模式基本相同的目的：通过额外附加的旁路开关S5A将高频开关变换器CHK的第一输入端IN₁和第一输出端NO₁短接、而高频开关变换器CHK的第二输入端IN₂和第二输出端NO₂本身就是短接的。在可选的实施例中旁路开关S5A连接在第一输入端IN₁和第一输出端NO₁之间。

参见图4，由于处理器300通过电压传感器111采样光伏组件PVK的输出电压和通过电流传感器112采样光伏组件PVK的输出电流，从而能够计算出光伏组件PVK提供的对外功率。光伏组件是否发生功率降低事件或是否解除了功率降低事件，需要监测它的对外输出功率，如果光伏组件因为被遮挡等则它的输出功率低于功率阈值或预设功率值就表征发生了功率降低，反之如果它的输出功率不低于功率阈值或预设功率值则表征解除了功率降低。高频开关变换器配置的处理器可以通过采集的光伏组件的输出电压和输出电流计算得到的对外输出功率作为判断功率降低事件发生或解除的依据。

参见图4，电路的Buck模式和Boost模式下均采用输入电压外环和电感电流内环的双环控制：作为目标的电压V_MPP是由MPPT模块301确定的最大功率点电压，用作比例积分的电流内环PI2控制器和电压外环PI1控制器通过PI参数分别为实现电感L电流内环和输入电压外环的控制。所谓PI控制器是线性控制器，根据给定值与实际值构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合而构成控制量，对被控对象予以控制，具体的实现方式可以是模拟电路搭建的，也可以是数字处理器通过比例积分的运算。第二工作状态下的高频开关变换器CHK的电压调制方式为：由于是内和外的双环控制，则通过基于高频开关变换器CHK的电感电流IL所建立的内环PI2控制器和基于光伏组件PVK的输出电压所建立的外环PI1控制器而产生脉宽调制信号PWM，电流内环属于辅助控制而且其时间常数相对于电压外环要小得多，电流内环在优化器电路的动态变化阶段能够起到快速响应的作用，而电压外环则主要是负责定位控制目标。PWM信号产生模块303通常被认为是脉冲宽度信号生成器，它接收PI控制器的输出量可以得到占空比D，部分场合还可以称之为数字脉宽调节信号DPWM，最终目的是用于控制高频开关变换器的功率开关的接通或关断状态。图4示意的传递函数是表示占空比D的扰动量到电感电流IL的扰动量的传递函数，作为闭环负反馈而要求电流内环PI2控制器将外环PI1控制器给出的电流参考值ILR设为给定指令值或电流给定值，内环PI2控制器同步会调节实际电感电流对电流参考值ILR的偏差并自动减少偏差。另一个闭环：图4示意的传递函数是表示占空比D的扰动量到高频开关变换器CHK的输入电压V_PV的扰动量的传递函数，作为闭环负反馈，同样也要求电压外环PI1控制器将由MPPT模块301确定的电压V_MPP设为给定指令值或电压给定值，电压外环PI1控制器同步会调节直流电源即光伏组件PVK的实际输出电压对最大功率点电压V_MPP的偏差并自动减少偏差。根据上文的解释内容，脉宽调制信号PWM的目的是用来驱动高频开关变换器CHK，用于将与高频开关变换器对应的光伏组件PVK的输出电压设置在最大功率点对应的电压处。

参见图5，按照前文介绍的功率优化器的主拓扑有多种类型，以降压Buck电路来替代正极性Buck-Boost的拓扑。先参见图4，在Buck-Boost拓扑中是通过额外附加的旁路开关S5A将高频开关变换器CHK的第一输入端IN₁和第一输出端NO₁短接，所示的旁路开关S5A可以作为图3中的所谓第一旁路支路BYKA的一种范例，由于高频开关变换器的第二输入端IN₂和第二输出端NO₂本身就是短接的，所以第二输入端IN₂和第二输出端NO₂之间没有必要再设置任何第二旁路支路。在图5中，高频开关变换器CHK不再采用升降压电路，而是降压电路拓扑：体现在降压电路输入侧的第一输入端IN₁耦合到光伏组件PVK正极及第二输入端IN₂耦合到光伏组件PVK的负极端处。还在降压电路输出侧的第一输出端NO₁和第二输出端NO₂之间提供输出电压及转换功率。降压电路的功率开关SW和电感L1串联在降压电路的第二输入端IN₂和第二输出端NO₂之间，降压电路的第一输入端IN₁直接耦合到第一输出端NO₁。降压电路中功率开关SW的第一端子和第二输入端IN₂相连，与此同时功率开关SW的相对另一个第二端子则和降压电路的第一输入端IN₁之间连接有二极管DI，电感L1则位于第二输出端NO₂和功率开关SW的第二端子之间。二极管DI阳极连到功率开关SW和电感L1之间互连的节点NX3并且还设置该二极管DI的阴极连到第一输入端IN₁或第一输出端NO₁。降压电路通过附加的旁路开关S5B可将高频开关变换器CHK的第二输入端IN₂和第二输出端NO₂短接，所示的旁路开关S5B可以作为图3中的所谓第二旁路支路BYKB的一种范例，由于高频开关变换器的第一输入端IN₁和第一输出端NO₁本身就是短接的，所以第一输入端IN₁和第一输出端NO₁之间没有必要再设置任何第一旁路支路。旁路开关S5B在原始的降压电路中原本是不存在的，本申请是特意附加到降压电路中。

参见图5，高频开关变换器配置的处理器300带有的PWM信号产生模块303发出的脉冲调制信号PWM可以用于驱动功率开关SW的关断/接通，同样也还可以利用图中的驱动器400加强调制信号的驱动能力，驱动器400输出的一路脉冲调制信号T1施加到功率开关SW的控制端。旁路开关S5B连接在第二输入端IN₂和第二输出端NO₂之间而将其视为可选的一种范例，旁路开关S5B可以受到处理器300输出的驱动信号T5的控制而被接通或关断，驱动信号T5也可以通过驱动器400加强驱动信号的驱动能力。该实施例中高频开关变换器CHK仅仅单纯的包括直流到直流的降压型电压转换器，在降压电路被确定的输出电压V_OK低于对应的光伏组件PVK的最大功率点对应的电压时，高频开关变换器CHK由脉冲宽度调制信号PWM控制工作于降压模式，来确保电池工作在最大功率点，注意降压型的电压转换器只有降压功能没有升压功能。

参见图5，另外作为可选的实施例，在输出电压V_OK近乎等于光伏组件PVK的最大功率点对应的电压V_MPP时，可以直接将原本用作高频开关电源模式SMPS的高频开关变换器CHK控制工作于贯通模式：其耦合到光伏组件负极的第二输入端IN₂直接被连接到提供输出电压的第二输出端NO₂譬如功率开关SW持续接通而二极管反向截止；耦合到光伏组件正极的第一输入端IN₁直接被连接到提供输出电压的第一输出端NO₁，所以如果第一输入端IN₁和第一输出端NO₁之间耦合有任何开关则此时此开关必须接通。另外在贯通模式中二极管DI反向截止意味着第一输入端IN₁/第一输出端NO₁两者必须和第二输入端IN₂/第二输出端NO₂两者实施电气隔离。含有单个功率开关管的降压电路通常是不包含图示的旁路开关S5B，然而旁路开关S5B作为图3的第二旁路支路BYKB可以受到处理器300输出的驱动信号T5的控制而被接通或关断。当在输出电压V_OK近乎等于光伏组件PVK的最大功率点对应的电压V_MPP时，可以主张直接将功率开关SW予以关断而直接接通旁路开关S5B，同样可以达到与贯通模式基本相同的目的：通过额外附加的旁路开关S5B将高频开关变换器CHK的第二输入端IN₂和第二输出端NO₂短接、而高频开关变换器CHK的第一输入端IN₁和第一输出端NO₁本身就是短接的。在可选的实施例中旁路开关S5B连接在第二输入端IN₂和第二输出端NO₂之间。

参见图6，根据前文的阐释，高频开关变换器CH1-CH10彼此之间可以通过无线通信或载波通信实现互传数据或者高频开关变换器CH1-CH10和逆变器INVT之间也可以通过无线通信或载波通信实现互传数据。高频开关变换器CHK配置的处理器300至少带有的通讯模块302是互传数据的实现手段之一。假设高频开关变换器CH1-CH10当中若干高频开关变换器CH1和CH9对应的光伏组件PV1和PV9被遮挡、余下的其他高频开关变换器CH2-CH8和CH10对应的光伏组件PV2-PV8和PV10未被遮挡，遮挡和未遮挡的范例仅仅用于阐释，并不构成限制条件。设置高频开关变换器CH1和CH9运行于高频开关操作的第二工作状态，而相应的高频开关变换器CH2-CH8和CH10则运行于非高频开关操作的第一工作状态。非高频开关操作的术语可以被替换成第一开关频率而高频开关操作的术语可以被替换成第二开关频率，第一开关频率远低于第二开关频率。至于如何确认高频开关变换器是进入第一工作状态还是进入第二工作状态有多种方案，当某个高频开关变换器所对应的某个直流电源的功率在满足不低于预设功率值时，则该高频开关变换器进入第一工作状态，否则进入第二工作状态。将直流电源提供的对外功率和预设功率值进行比较是较为直接的方案，当然还可以判断光伏组件所处环境的实际光照辐射度是否满足预设功率值所要求的辐射强度，图3中光照传感器150可判断光伏组件PVK所处环境的实际光照辐射度，或判断光伏组件所处环境的实际温度是否满足预设功率值所要求的温度条件，图3中温度传感器160可判断光伏组件PVK所处环境的实际温度。在综合考虑开路电压和短路电流等因素的情况下，光伏组件工作在预设的光照强度范围内较为合理而且预设的光照强度范围可满足光伏组件PVK达到预设功率值所要求的辐射强度，光伏组件工作在预设的温度范围内较为合理而且预设的温度范围可满足光伏组件PVK达到预设功率值所要求的温度条件。那么：光伏组件PVK所处环境的实际光照度落在预设的光照强度范围内，和/或光伏组件PVK所处环境的实际温度落在预设的温度范围内，则高频开关变换器CHK进入第一工作状态，反之不满足这些条件就进入第二工作状态。

参见图6，接收多级高频开关变换器CH1-CH10提供的输出功率的能源收集装置是所示的逆变器INVT，应用于光伏发电的逆变器INVT可以是单纯的逆变器也可以按照惯例配有二次MPPT优化功能。逆变器INVT可以被为蓄电池充电的充电器替代。能源收集装置的定义是将电池串组提供的输出功率进行功率转换，产生预期的交流电或产生预期的直流电用于并网或用于本地使用。虽然在本申请中允许直流母线的电压V_BUS上升或下降的浮动变化，作为可选项，最好利用类似于电压调节器等调节直流母线的电压在预定的上限值和下限值范围也即合理区间之内浮动，部分类型的逆变器INVT自身带有电压调节功能而且当母线电压不在上下限值范围内时可能会死机或短暂停止工作。

参见图6，根据前文设定的条件：假设高频开关变换器CH2-CH8和CH10运行于非高频开关操作的第一工作状态，相应的，高频开关变换器CH1和CH9运行于高频开关操作的第二工作状态。原因就是得知光伏组件PV2-PV8和PV10各自的对外功率均满足不低于它们各自的预设功率值。图3的电压传感器111和电流传感器112侦测的电压和电流数据可以甄别光伏组件的对外功率是否符合规范，图3的光照传感器150侦测的实际光照辐射度可以甄别光伏组件的辐射度是否符合规范，图3的温度传感器160侦测的环境温度可以甄别光伏组件的温度是否符合规范。高频开关变换器CH1和CH9所对应的光伏组件PV1和PV9由于被遮挡住而导致输出的对外功率低于预设功率值。

参见图7，在一种供电系统的实现方法中，需要判断出各个高频开关变换器到底是需要被置于第一工作状态还是第二工作状态，实质上，每一个高频开关变换器是在第一工作状态和第二工作状态之间动态地更迭。在步骤S100中实施数据监测，需要抽取各个光伏组件的对外功率数据或辐照强度数据或环境温度数据等，这取决于直流电源的对外功率是否满足不低于预设功率值的判断方法所需要的数据类型。以判断光伏组件的实际输出的对外功率是否不低于预设功率值为例，用到的数据为电池的输出电流和输出电压。然后在接下来的步骤S200中执行预设条件符合度的判断程序，预设条件符合度的定义在上文已经提及到：譬如基于电压传感器111和电流传感器112侦测的电压和电流数据，预设条件符合度的判断就是要判断光伏组件的实际输出的对外功率是否不低于预设功率值；还譬如基于光照传感器150侦测的实际光照辐射度，预设条件符合度的判断就是要判断光伏组件所处环境的实际光照辐射度是否满足预设功率值所要求的辐射强度；还譬如在基于温度传感器160侦测的环境温度下，预设条件符合度的判断就是要判断光伏组件所处环境的实际温度是否满足预设功率值所要求的温度条件。

参见图7，预设条件符合度的判断结果有两种：是或否。判断结果为肯定Y时则作为判断对象的光伏组件对应的高频开关变换器为第一工作状态，判断结果为否定N时则作为判断对象的光伏组件对应的高频开关变换器为第二工作状态。第一工作状态下的高频开关变换器会进入第一静态模式S210或第二静态模式S211，仍然以图6的案例作为范例来解释说明：高频开关变换器CH2-CH8和CH10运行于非高频开关操作的第一工作状态则意味着它们可能是第一静态模式S210或第二静态模式S211。返回图2，高频开关变换器具有耦合到相应直流电源正极的第一输入端IN₁和具有耦合到相应直流电源负极的第二输入端IN₂、具有提供输出电压的第一输出端NO₁和第二输出端NO₂，那么被强迫进入第一工作状态下的高频开关变换器的电压调制方式为：第一输入端IN₁被直接短路到第一输出端NO₁以及第二输入端IN₂被直接短路到第二输出端NO₂。所以我们宣称高频开关变换器CH2-CH8和CH10当中的每一个都存在以下关系：第一输入端IN₁被直接短路到第一输出端NO₁以及第二输入端IN₂被直接短路到第二输出端NO₂。但是必须注意的是第一输入端IN₁/第一输出端NO₁两者与第二输入端IN₂/第二输出端NO₂两者之间必须是电气隔离的而没有耦合关系。返回图3，高频开关变换器CHK输入侧到输出侧的短接关系可以是依赖自身内部电路来实现的、或依赖旁路支路BYKA-BYKB实现。

参见图7，第一静态模式S210或第二静态模式S211下的高频开关变换器的很重要的方面在于：其输入功率可以近乎无损的等于输出功率。功率优化器作为功率转换设备不可避免的需要消耗一部分功率，这有悖于利用它来优化功率的初衷，如果功率优化器的吸取功率无损的传递到输出，则可以解决自身的功耗问题。第一静态模式S210：以前文所描述的图4为例，高频开关变换器CHK的第一输入端IN₁和第一输出端NO₁之间用作高频开关操作而执行功率转换的所有功率开关S1/S4被控制处于持续接通的状态，必须注意第一输入端IN₁/第一输出端NO₁两者与第二输入端IN₂/第二输出端NO₂两者之间耦合的所有功率开关S2/S3应当持续关断实现隔离。第二输入端IN₂和第二输出端NO₂在高频开关变换器CHK中原本就是短接的，如果不是短接的则第一静态模式S210下还要主动的将它们短接起来，如使用旁路支路或它自身的开关。第一静态模式S210：以前文所描述的图5为例，高频开关变换器CHK的第二输入端IN₂和第二输出端NO₂之间用作高频开关操作而执行功率转换的所有功率开关SW被控制处于持续接通的状态，还必须注意第一输入端IN₁/第一输出端NO₁两者与第二输入端IN₂/第二输出端NO₂两者之间耦合的所有功率开关应当持续关断实现隔离，譬如二极管DI被替换成续流开关时则此续流开关应该被持续关断。第一输入端IN₁和第一输出端NO₁在高频开关变换器CHK中原本就是短接的，如果不是短接的则第一静态模式S210下还需要主动的将它们短接起来，如通过旁路支路或它自身的开关。总而言之：高频开关变换器进入第一工作状态时第一输入端直接短路到第一输出端以及第二输入端直接短路到第二输出端，如果原本就是短路的就不需要主动去控制短路，如果原本没有短路就需要去主动控制短路。

参见图7，根据讨论，第一静态模式S210下高频开关变换器CHK进入第一工作状态主要是借助于主拓扑电路自身的功率开关来实现输入侧和输出侧的短路。在更节省功耗的实施例中，用第二静态模式S211替代第一静态模式S210：以图4为例，高频开关变换器CHK的第一输入端IN₁和第一输出端NO₁之间用作高频开关操作而执行功率转换的所有功率开关S1/S4被控制处于持续关断的状态，第一输入端IN₁/第一输出端NO₁两者与第二输入端IN₂/第二输出端NO₂两者之间耦合的所有功率开关S2/S3同样也持续关断并实现隔离。第一输入端IN₁和第一输出端NO₁之间额外附加的旁路开关S5A被控制处于持续接通的状态。第二输入端IN₂和第二输出端NO₂在高频开关变换器CHK中原本就是短接的，如果不是短接的则第二静态模式S211下还要主动的将它们短接起来，如使用旁路支路或它自身的开关。用第二静态模式S211替代第一静态模式S210：以前文所描述的图5为例，高频开关变换器CHK的第二输入端IN₂和第二输出端NO₂之间用作高频开关操作而执行功率转换的所有功率开关SW被控制处于持续关断的状态，还必须注意第一输入端IN₁/第一输出端NO₁两者与第二输入端IN₂/第二输出端NO₂两者之间耦合的所有功率开关应当持续关断实现隔离，譬如二极管DI被替换成续流开关时则此续流开关应该被持续关断。第二输入端IN₂和第二输出端NO₂之间额外附加的旁路开关S5B被控制处于持续接通的状态。第一输入端IN₁和第一输出端NO₁在高频开关变换器CHK中原本是短接的，如果不是短接的则第二静态模式S211下需要主动将它们短接起来，譬如通过旁路支路或它自身的开关。第一静态模式或者第二静态模式下的高频开关变换器非常节省功率，降低了各种开关损耗和最大程度的降低了元件的导通损耗。

参见图7，预设条件符合度的判断结果有两种：判断结果为否定N时则作为判断对象的光伏组件对应的高频开关变换器为第二工作状态。我们仍然以图6的案例作为范例来解释说明：高频开关变换器CH1和CH9对应的光伏组件PV1和PV9被遮挡住而导致输出的对外功率低于预设功率值，以至于高频开关变换器CH1和CH9运行于高频开关操作的第二工作状态。基于图4的拓扑，高频开关变换器包括：串联在接收直流电源的电压源的第一输入端IN₁和第二输入端IN₂间的第一和第二功率开关S1-S2，串联在提供输出电压的第一输出端NO₁和第二输出端NO₂间的第三和第四功率开关S3-S4，第一和第二功率开关S1-S2间的互连节点NX1与第三和第四功率开关S3-S4间的互连节点NX2之间设有电感元件L以及第二输入端IN₂耦合到第二输出端NO₂。

参见图7，预设条件符合度的判断结果为否定N时，需要实施第二工作状态下的高频开关变换器CHK的电压配额增益判断程序，即步骤S220，高频开关变换器CHK的电压配额增益可能大于或小于1也可能等于1。第二工作状态的高频开关变换器CHK的电压调制方式包括第一调制模式：第三功率开关S3持续关断而第四功率开关S4持续接通并且第一和第二功率开关S1-S2高频交替接通的降压模式，增益小于1。第二工作状态的高频开关变换器CHK的电压调制方式包括第二调制模式：增益大于1，此时第一功率开关S1持续接通而第二功率开关S2持续关断并且第三和第四功率开关S3-S4高频交替接通的升压模式。最后第二工作状态的高频开关变换器CHK的电压调制方式至少还包括第三调制模式：增益等于1，第一和第二功率开关S1-S2高频交替接通以及第三和第四功率开关S3-S4高频交替接通的升降压模式。图7中第一调制模式用S221表示以及还有第二调制模式用S222表示和第三调制模式用S223表示，应该注意到，这几种模式之间随着电压增益的改变而相互之间可以随时切换。

参见图7，假定在高频开关变换器CHK的第一输入端IN₁和第一输出端NO₁之间额外附加有一个旁路支路BYKA，可以返回参见图3，假定在高频开关变换器CHK的第二输入端IN₂和第二输出端NO₂之间额外附加有一个旁路支路BYKB。在可选的实施例中高频开关变换器CHK的输出电压等于输入电压的阶段，也即它的输出电压的配额值大致是光伏组件PVK的最大功率点电压，我们还可以用旁路模式替代第三调制模式，同样也能获得增益等于1的情形，而且电压的调制精密程度比第三调制模式更佳。旁路模式替代第三调制模式方案主要是：可以主动的通过控制旁路支路BYKA采用的旁路开关的接通而将第一输入端IN₁和第一输出端NO₁短接连接在一起、通过控制旁路支路BYKB采用的旁路开关的接通而将第二输入端IN₂和第二输出端NO₂短接连接在一起。我们在前文中还了解到：高频开关变换器CHK的第一输入端IN₁和第一输出端NO₁有可能本来就是直接耦合连接在一起，例如图5，在这种情况下，额外设置的旁路支路BYKA可以被取消摒弃或者是采用但无需接通。以及还有高频开关变换器CHK的第二输入端IN₂和第二输出端NO₂有可能本来就是直接耦合连接在一起，例如图4，在这种情况下，额外设置的旁路支路BYKB可以被取消摒弃或者是采用但无需接通。

参见图7，作为可选的实施例，譬如图4-5，高频开关变换器CHK在第一工作状态和第二工作状态之间会发生切换，高频开关变换器CHK所对应的光伏组件PVK输出的对外功率的波动可能会导致这种切换，光伏组件PVK周边的环境温度的波动或光照辐射的波动都有可能会导致这种工作状态的切换。这种切换对于提升整个发电系统的功率优化程度和改善整个发电系统的发电效率而言是有极大的益处，但是随之而来会诱发单个或多个的光伏组件对整个母线电压造成纹波涟漪，反过来，母线电压也会造成单个或多个的光伏组件的输出电压的不稳定振荡。则高频开关变换器CHK在第一工作状态和第二工作状态之间切换的频率需要被监控，频率测定仪或相关的频率检测手段可以被采用。高频开关变换器CHK在第一工作状态和第二工作状态之间切换的频率高于预定频率时，高频开关变换器CHK直接进入第一工作状态下的第一静态模式S210，高频开关变换器CHK相应的在第一工作状态和第二工作状态之间切换的频率不高于预定频率时，则主动促使高频开关变换器CHK进入第一工作状态下的第二静态模式S211。该方案在提升功率优化程度和改善发电效率的同时，兼顾的抑制组件之间及组件和母线之间的干扰。多级高频开关变换器中的每一个都在第一工作状态和第二工作状态之间的动态更迭而钳制其输出电压也随之动态迭代，最后，使多个串联的高频开关变换器各自的输出电压叠加所提供的直流母线电压也以自适应的方式在预定的合理区间动态调节。

参见图7，高频开关变换器CHK的电压配额增益判断程序要求较为精确的确认高频开关变换器的输出电压值。我们仍然以图6的案例作为范例来解释说明，也即假设高频开关变换器CH2-CH8和CH10运行于非高频开关操作的第一工作状态，相应的，假设高频开关变换器CH1和CH9运行于高频开关操作的第二工作状态。

关于母线电流I_O和任意第K级高频开关变换器的输出电压V_K的数学模型如下文。

V_K＝P_K÷I_O。

设定数量为10的高频开关变换器对应数量为10的光伏组件。

第一级到第十级的高频开关变换器分别提供输出电压V₁、V₂、V₃……V₁₀。

任意第K级高频开关变换器的输出电压V_K为第K级的光伏组件的对外功率P_K除以母线电流I_O得到的值，自然数K满足1≤K≤10。

测量多个光伏组件PV1-PV10各自提供的对外功率P₁、P₂、P₃……P₁₀，将被测量后的多个对外功率值P₁至P₁₀相加计算出一个总功率P_TOL。

测量第一工作状态下的高频开关变换器譬如CH2-CH8和CH10的输出电压，也即测量输出电压V₂-V₈和V₁₀，它们能够被测量出来是得益于功率优化器直接将输入侧的输入电压直接馈送到输出侧而作为输出电压，中间无损耗，将输出电压V₂-V₈和V₁₀作为已知量从而代入到关于母线电流I_O的数学模型中。

利用关于输出电压V_K的数学模型，换算出第二工作状态下的各个高频开关变换器的输出电压并作为待计算量，也即需要换算出V₁＝P₁/I_O和V₉＝P₉/I_O，我们将V₁和V₉作为待计算量代入到母线电流I_O的数学模型中，先求出母线电流I_O。

确认计算出母线电流I_O后，根据V₁＝P₁/I_O和V₉＝P₉/I_O再进一步计算出第二工作状态下的高频开关变换器CH1和CH9的输出电压V₁和V₉。

综上所述，通过I_O＝P_TOL÷(V₁+V₂+V₃+……V_N)的关于母线电流I_O的数学模型和通过任意第K级高频开关变换器的输出电压V_K的V_K＝P_K/I_O数学模型，1≤K≤N，测量第一工作状态下的各个高频开关变换器的输出电压，将其作为已知量从而代入到关于母线电流的数学模型中，利用关于输出电压V_K的数学模型，换算出第二工作状态下的各个高频开关变换器的输出电压并作为待计算量，将待计算量代入到母线电流的数学模型中，最终计算出母线电流和进一步计算出第二工作状态下的高频开关变换器的输出电压，这种输出电压决定了第二工作状态下的高频开关变换器的电压配额增益值。确定母线电流和第二工作状态下的高频开关变换器的输出电压的运算可以在逆变器INVT一端执行，逆变器和各个高频开关变换器之间的通信来实现相互间收发数据的目的。

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，上述的发明披露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在阅读上述说明后，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 (27)

1.一种供电系统，其特征在于，包括：

多个串联连接的用于执行直流电到直流电变换的高频开关变换器；

多个直流电源，每一个直流电源均相应地向一个高频开关变换器提供电能；

任意一个高频开关变换器至少包括运行于非高频开关操作的第一工作状态和运行于高频开关操作的第二工作状态；

第一工作状态下的高频开关变换器用于保障其输入功率近乎无损的等于输出功率；

第二工作状态下的高频开关变换器用于将与之对应的一个直流电源的输出电流和输出电压设置在最大功率点；

每一个高频开关变换器在第一和第二工作状态之间动态地更迭，当任意一个高频开关变换器所对应的一个直流电源的功率在满足不低于预设功率值时，该任意一个高频开关变换器进入第一工作状态，否则进入第二工作状态。

2.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于：

数量为N的高频开关变换器对应数量为N的直流电源，N为大于1的自然数；

建立关于母线电流I_O和任意第K级高频开关变换器的输出电压V_K的数学模型：

V_K＝P_K÷I_O；

则从第一级到第N级的高频开关变换器分别提供输出电压V₁、V₂、V₃……V_N；

任意第K级高频开关变换器的输出电压V_K等于第K级直流电源的对外功率P_K除以母线电流I_O，自然数K满足1≤K≤N；

数量为N的多个直流电源各自提供的对外功率分别测量并累加计算出总功率P_TOL；

第一工作状态下的高频开关变换器的输出电压通过测量作为已知量从而代入到关于母线电流I_O的数学模型中；

第二工作状态下的高频开关变换器的输出电压利用关于输出电压V_K的数学模型作为待计算量从而代入到母线电流I_O的数学模型；

确认母线电流I_O和第二工作状态下的高频开关变换器的输出电压。

3.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于：

每一个高频开关变换器在第一和第二工作状态之间的动态更迭而钳制其输出电压也随之动态迭代；

使多个串联的高频开关变换器各自的输出电压叠加所提供的直流母线电压以自适应的方式在预定的合理区间动态调节。

4.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于：

第二工作状态下的高频开关变换器的电压调制方式为：

基于高频开关变换器的电感电流所建立的内环PI控制器和基于直流电源的输出电压所建立的外环PI控制器而产生脉宽调制信号；

外环PI控制器将直流电源的最大功率点对应的电压设为给定指令值以及同步调节直流电源的实际输出电压对最大功率点电压的偏差；

内环PI控制器将外环PI控制器给出的电流参考值设为给定指令值以及同步调节实际电感电流对电流参考值的偏差；

脉宽调制信号用来驱动高频开关变换器，用于将与高频开关变换器对应的直流电源的输出电压设置在最大功率点对应的电压。

5.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于：

第一工作状态下的高频开关变换器的电压调制方式为：

设置每一个高频开关变换器具有耦合到相应的直流电源正极的第一输入端和具有耦合到相应的直流电源负极的第二输入端、以及具有提供输出电压的第一和第二输出端；

高频开关变换器进入第一工作状态时第一输入端直接短路到第一输出端以及第二输入端直接短路到第二输出端。

6.根据权利要求5所述的供电系统，其特征在于：

第一工作状态下的高频开关变换器具有第一或第二静态模式，以满足其输入功率近乎无损的等于输出功率；

第一静态模式：

高频开关变换器的第一输入端和第一输出端之间原本用作高频开关操作而执行功率转换的所有功率开关被控制处于持续接通的状态；

高频开关变换器的第二输入端和第二输出端之间原本用作高频开关操作而执行功率转换的所有功率开关被控制处于持续接通的状态；以及

第二静态模式：

高频开关变换器的第一输入端和第一输出端之间额外附加的一个旁路开关被控制处于持续接通的状态；

高频开关变换器的第二输入端和第二输出端之间额外附加的一个旁路开关被控制处于持续接通的状态。

7.根据权利要求6所述的供电系统，其特征在于：

高频开关变换器在第一和第二工作状态之间切换的频率高于预定频率时，则高频开关变换器直接进入第一工作状态下的第一静态模式，否则高频开关变换器进入第一工作状态下的第二静态模式。

8.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于：

高频开关变换器至少包括Buck、Boost、Buck-Boost电路拓扑之一。

9.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于：

每一个高频开关变换器均配置有一个处理器，处理器至少带有追踪直流电源的最大功率点所对应的电压的MPPT模块。

10.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于：

高频开关变换器包括：

串联在接收直流电源提供的电压源的第一和第二输入端之间的第一和第二功率开关；

串联在提供输出电压的第一和第二输出端之间的第三和第四功率开关；

在第一和第二功率开关间的互连节点与第三和第四功率开关间的互连节点之间设有电感元件以及第二输入端耦合到第二输出端。

11.根据权利要求10所述的供电系统，其特征在于：

第二工作状态下的高频开关变换器的电压调制方式至少包括：

第一调制模式：第三功率开关持续关断而第四功率开关持续接通并且第一和第二功率开关高频交替接通的降压模式；或者

第二调制模式：第一功率开关持续接通而第二功率开关持续关断并且第三和第四功率开关高频交替接通的升压模式；或者

第三调制模式：第一和第二功率开关高频交替接通以及第三和第四功率开关高频交替接通的升降压模式。

12.根据权利要求11所述的供电系统，其特征在于：

高频开关变换器的第一输入端和第一输出端之间额外附加的一个旁路开关；

高频开关变换器的第二输入端和第二输出端之间额外附加的一个旁路开关；

在高频开关变换器的输出电压等于输入电压的阶段，以旁路模式替代所述的第三调制模式：通过旁路开关将第一输入端和第一输出端短接、将第二输入端和第二输出端短接。

13.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于：

直流电源的类型包括燃料电池。

14.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于：

直流电源的类型包括光伏组件，且功率是否满足不低于预设功率值的检测手段包括：

检测光伏组件的实际输出的对外功率是否不低于预设功率值；或

检测光伏组件所处环境的实际光照辐射度是否满足预设功率值所要求的辐射强度；或

检测光伏组件所处环境的实际温度是否满足预设功率值所要求的温度条件。

15.一种供电系统的实现方法，其特征在于，包括：

将用于执行直流电到直流电变换的多个高频开关变换器予以串联连接，叠加多个高频开关变换器各自的输出电压作为直流母线电压；

利用每一个高频开关变换器对接一个直流电源，由高频开关变换器吸取直流电源所提供的电能，并执行将接收的电能转换成输出功率的功率转换；

实时检测每一个高频开关变换器所对应的一个直流电源输出的对外功率；

当任意一个高频开关变换器对应的直流电源的功率在满足不低于预设功率值时，该任意一个高频开关变换器运行于非高频开关操作的第一工作状态，否则切换到运行于高频开关操作的第二工作状态；

第一工作状态下的高频开关变换器用于保障其输入功率近乎无损的等于输出功率；

第二工作状态下的高频开关变换器用于将与之对应的一个直流电源的输出电流和输出电压设置在最大功率点；

从而每一个高频开关变换器随着它对应的一个直流电源输出的对外功率的变化而随之在第一和第二工作状态之间动态地更迭。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：

S1、建立关于母线电流I_O和任意第K级高频开关变换器的输出电压V_K的数学模型：

V_K＝P_K÷I_O；

设定数量为N的高频开关变换器对应数量为N的直流电源，N为大于1的自然数；

第一级到第N级的高频开关变换器分别提供输出电压V₁、V₂、V₃……V_N；

任意第K级高频开关变换器的输出电压V_K等于第K级直流电源的对外功率P_K除以母线电流I_O，自然数K满足1≤K≤N；

S2、测量数量为N的多个直流电源各自所提供的对外功率，将被测量后的多个对外功率值相加计算出一个总功率P_TOL；

S3、测量第一工作状态下的各个高频开关变换器的输出电压，将其作为已知量从而代入到关于母线电流I_O的数学模型中；

利用关于输出电压V_K的数学模型，换算出第二工作状态下的各个高频开关变换器的输出电压并作为待计算量，将待计算量代入到母线电流I_O的数学模型中；

确认母线电流I_O和进一步计算出第二工作状态下的高频开关变换器的输出电压。

17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：

多个串联的高频开关变换器各自的输出电压叠加所提供的直流母线电压以自适应的方式在预定的合理区间动态调节，其方案包括：

由于每一个高频开关变换器在第一和第二工作状态之间的动态更迭，以至于每一个高频开关变换器的输出电压也随之动态迭代；

从而由多个高频开关变换器各自的输出电压叠加得到的直流母线电压也动态浮动。

18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：

第二工作状态下的高频开关变换器的电压调制方式为：

基于高频开关变换器的电感电流所建立的内环PI控制器和基于直流电源的输出电压所建立的外环PI控制器而产生脉宽调制信号；

外环PI控制器将直流电源的最大功率点对应的电压设为给定指令值以及同步调节直流电源的属于变化量的实际输出电压对最大功率点电压的偏差；

内环PI控制器将外环PI控制器给出的电流参考值设为给定指令值以及同步调节属于变化量的实际电感电流对电流参考值的偏差；

脉宽调制信号用来驱动高频开关变换器，用于将与高频开关变换器对应的直流电源的输出电压设置在最大功率点对应的电压。

19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：

第一工作状态下的高频开关变换器的电压调制方式为：

设置每一个高频开关变换器具有耦合到相应的直流电源正极的第一输入端和具有耦合到相应的直流电源负极的第二输入端、以及具有提供输出电压的第一和第二输出端；

高频开关变换器进入第一工作状态时第一输入端直接短路到第一输出端以及第二输入端直接短路到第二输出端。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于：

第一工作状态下的高频开关变换器具有第一或第二静态模式，以满足其输入功率近乎无损的等于输出功率；

第一静态模式：

高频开关变换器的第一输入端和第一输出端之间原本用作高频开关操作而执行功率转换的所有功率开关被控制处于持续接通的状态；

高频开关变换器的第二输入端和第二输出端之间原本用作高频开关操作而执行功率转换的所有功率开关被控制处于持续接通的状态；以及

第二静态模式：

高频开关变换器的第一输入端和第一输出端之间额外附加的一个旁路开关被控制处于持续接通的状态；

高频开关变换器的第二输入端和第二输出端之间额外附加的一个旁路开关被控制处于持续接通的状态。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于：

高频开关变换器在第一和第二工作状态之间切换：

当切换的频率高于预定频率时，则高频开关变换器直接进入第一工作状态下的第一静态模式，否则高频开关变换器进入第一工作状态下的第二静态模式。

22.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：

高频开关变换器包括：

串联在接收直流电源提供的电压源的第一和第二输入端之间的第一和第二功率开关；

串联在提供输出电压的第一和第二输出端之间的第三和第四功率开关；

在第一和第二功率开关间的互连节点与第三和第四功率开关间的互连节点之间设有电感元件以及第二输入端耦合到第二输出端。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于：

第二工作状态下的高频开关变换器根据其输出电压和对应的一个直流电源的最大功率点电压之间的增益关系，判断出执行以下的电压调制模式之一：

第一调制模式：第三功率开关持续关断而第四功率开关持续接通并且第一和第二功率开关高频交替接通的降压模式；或者

第二调制模式：第一功率开关持续接通而第二功率开关持续关断并且第三和第四功率开关高频交替接通的升压模式；或者

第三调制模式：第一和第二功率开关高频交替接通以及第三和第四功率开关高频交替接通的升降压模式。

24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于：

高频开关变换器的第一输入端和第一输出端之间额外附加的一个旁路开关；

高频开关变换器的第二输入端和第二输出端之间额外附加的一个旁路开关；

在高频开关变换器的输出电压需等于输入电压时，旁路模式替代第三调制模式：也即通过旁路开关将第一输入端和第一输出端短接、将第二输入端和第二输出端短接。

25.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：

直流电源的类型包括光伏组件，其功率是否满足不低于预设功率值的判断方法包括：

判断光伏组件的实际输出的对外功率是否不低于预设功率值；或

判断光伏组件所处环境的实际光照辐射度是否满足预设功率值所要求的辐射强度；或

判断光伏组件所处环境的实际温度是否满足预设功率值所要求的温度条件。

26.一种供电系统的实现方法，其特征在于，包括：

将用于执行直流电到直流电变换的多个高频开关变换器予以串联连接，叠加多个高频开关变换器各自的输出电压作为直流母线电压；

利用每一个高频开关变换器对接一个直流电源，由高频开关变换器吸取直流电源所提供的电能，并执行将接收的电能转换成输出功率的功率转换；

实时检测每一个高频开关变换器所对应的一个直流电源输出的对外功率；

当任意一个高频开关变换器对应的直流电源的功率在满足不低于预设功率值时，该任意一个高频开关变换器运行于非高频开关操作的第一工作状态，否则切换到运行于高频开关操作的第二工作状态；

第一工作状态下的高频开关变换器用于保障其输入功率近乎无损的等于输出功率；

第二工作状态下的高频开关变换器用于将与之对应的一个直流电源的输出电流和输出电压设置在最大功率点；

计算母线电流I_O和第二工作状态下的高频开关变换器的输出电压的方案为：

S1、建立关于母线电流I_O和任意第K级高频开关变换器的输出电压V_K的数学模型：

V_K＝P_K÷I_O；

设定数量为N的高频开关变换器对应数量为N的直流电源，N为大于1的自然数；

第一级到第N级的高频开关变换器分别提供输出电压V₁、V₂、V₃……V_N；

任意第K级高频开关变换器的输出电压V_K等于第K级直流电源的对外功率P_K除以母线电流I_O，自然数K满足1≤K≤N；

S2、测量数量为N的多个直流电源各自所提供的对外功率，将被测量后的多个对外功率值相加计算出一个总功率P_TOL；

S3、测量第一工作状态下的各个高频开关变换器的输出电压，将其作为已知量从而代入到关于母线电流I_O的数学模型中；

利用关于输出电压V_K的数学模型，换算出第二工作状态下的各个高频开关变换器的输出电压并作为待计算量，将待计算量代入到母线电流I_O的数学模型中；

计算出母线电流I_O和进一步计算出第二工作状态下的高频开关变换器的输出电压。

27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于：

利用一个逆变器将总功率P_TOL转换成交流电或利用一个充电器将总功率P_TOL用来为蓄电池充电。