CN111711173A - 一种高低压端口短路故障的光伏多端口直流保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高低压端口短路故障的光伏多端口直流保护系统，包括多个隔离型光伏子模块，多个故障处理模块，并网电感以及高压直流母线。每个故障处理模块由多个开关管与电感组成。当低压端口发生短路故障时，可保持光伏子模块输出电压的均衡，从而保证正常子模块的正常工作。当高压端口发生短路故障时，可以闭锁故障处理模块的多个开关管，将短路电流引导至子模块的输出电容上，抑制短路电流对子模块的冲击，中断整个系统。即使低压端口短路故障和高压端口短路故障同时发生，也不会影响该拓扑的中断功能。

Description

一种高低压端口短路故障的光伏多端口直流保护系统

技术领域

本发明涉及光伏多端口直流变换器技术领域，特别涉及一种高低压端口短路故障的光伏多端口直流保护系统。

背景技术

无论光伏能源汇集后是接入配电网，还是进行远距离的输送，光伏直流汇集发电系统的高升压比变换器常采用光伏子模块级联的多端口拓扑，该拓扑可以实现较高升压比，子模块能实现最大功率点跟踪控制，降低了成本。但相对于两端口变换器拓扑，多端口拓扑发生直流短路故障的概率更高。对整个系统的可靠运行以及变换器自身都会产生影响。

现有技术中，使级联的子模块具备高频磁隔离并在故障时闭锁，可以有效避免变换器在发生低压端口短路故障时受到损害，但是故障子模块输出电压变为零将影响其他无故障子模块的正常输出，导致功率失配。有限功率运行模式代替最大功率点跟踪控制可以解决光伏功率失配，但会导致较高能量损失。采用MMC进行光伏功率的二次转换，并采用准Z源结构提高处理功率失配问题的能力，但是这需要更多的无源组件。

解决高压端口短路故障的技术中，往往需要固态断路器阻断故障电流，这不仅增加了器件成本，而且导致了控制的复杂性。更好的解决方案是转换器本身具有短路故障隔离的能力。

发明内容

本发明的目的在于使得光伏直流多端口变换器同时具备处理高低压端口直流短路故障的能力。

本发明装置的技术方案为一种高低压端口短路故障的光伏多端口直流保护装置，包括：主控制器、N个光伏子模块、N个输出电容、N-1个故障处理模块、并网电感以及高压直流母线；

所述主控制器分别与所述的N个光伏子模块依次连接；所述主控制器分别与所述的N-1个故障处理模块依次连接；

所述第i光伏子模块由光伏电池板、隔离型DC/DC变换器组成，光伏电池板的输出端口与隔离型DC/DC变换器的输入端口相连，隔离型DC/DC变换器的输出端口即光伏子模块的输出端口；所述第i输出电容与所述第i光伏子模块的输出端口并联，1≤i≤N；

所述第k故障处理模块包括：a端、b端、c端、d端，所述第k个故障处理模块的a端与所述第k光伏子模块的输出端口的负极相连，所述第k个故障处理模块的b端与所述第k个光伏子模块的输出端口的正极相连，所述第k个故障处理模块的c端与所述第k+1个光伏子模块的输出端口的正极相连，所述第k个故障处理模块的d端与所述第k+1个光伏子模块输出端口的负极相连，1≤k≤N-1；

所述第1个光伏子模块的输出端口的正极通过并网电感L_g与所述高压直流母线的正极相连，所述第N个光伏子模块的输出端口的负极与所述高压直流母线的负极相连；

所述第k故障处理模块包括：电感、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管，1≤k≤N-1；

所述第一开关管的发射极为所述故障处理模块的a端，所述第二开关管的集电极为所述故障处理模块的c端，所述第三开关管的集电极为所述故障处理模块的b端，所述第四开关管的发射极为所述故障处理模块的d端。

本发明方法的技术方案为一种高低压端口短路故障的光伏多端口直流保护方法，具体为：

主控制器采集光伏电池板的输出电流、隔离型DC/DC变换器的输入电流、光伏子模块的输出电流、高压直流母线处电流，采用差分电流法检测故障处理模块的工作模式类型，并根据对应工作模式，结合故障处理模块中第一开关管、第二开关管，第三开关管和第四开关管进行保护控制；

所述第k个光伏电池板的输出电流为：i_PV1-k，1≤k≤N；

所述第k个隔离型DC/DC变换器的输入电流为：i_PV2-k，1≤k≤N；

所述N个光伏子模块的输出电流均为：i_g1；

所述高压直流母线处电流为：i_g2；

所述工作模式类型包括：正常工作模式、低压端口短路故障模式、高压端口短路故障模式；

所述结合故障处理模块中第一开关管、第二开关管，第三开关管和第四开关管进行保护控制，具体为：

当检测到i_pv1-k＝i_pv2-k，i_g1＝i_g2时，处于第一种工作模式，所有的光伏子模块都正常工作；

N个故障处理模块的第一开关管、第二开关管均处于导通状态，第三开关管、第四开关管均处于断开状态；

当检测到i_g1＝i_g2，i_pv1-k与i_pv2-k的差值i_pvf-k超过阈值时，代表第k个光伏子模块发生低压端口短路故障模式；

将N-1故障处理模块中的第一开关管和第二开关管保持导通的状态，第三开关管和第四开关管则互补导通，实现平衡相邻子模块的输出电压；

剩余N-1个光伏子模块通过故障处理模块向第k个光伏子模块输送能量以维持故障光伏子模块的电压；

当检测到i_g1与i_g2差值i_gf超过阈值时，表示处于高压端口短路故障模式；

闭锁所有故障处理模块中的第一开关管、第二开关管，第三开关管和第四开关管，可以使短路故障电流流入输出电容，从而快速地降为0，保护光伏子模块里的隔离型DC/DC变换器自身不会受到冲击。

本发明方法具有以下显著效果：

本专利提出的一种具备高低压端口短路故障处理能力的光伏多端口直流变换器拓扑，保证了部分光伏子模块发生低压端口短路故障时，剩余光伏子模块的正常并网工作，可以承受最大低压端口短路故障模块数量为N-1。

本专利提出的一种具备高低压端口短路故障处理能力的光伏多端口直流变换器拓扑，可以实现高压端口短路故障电流的中断，保护多端口级联变换器不受故障电流的冲击。即使在已经发生低压端口短路故障的情况下，高压端口短路故障的保护也是可行的。

附图说明

图1：为本发明系统结构框图。

图2：为本发明正常工作模式下的等效电路图。

图3：为第一个光伏子模块发生低压端口短路故障(LVF)时，第一个故障处理模块动作的电路等效图。其中图3a为当第三开关管S₁断开、第四开关管S₂闭合时的等效电路图，图3b为当第四开关管S₂断开、第三开关管S₁闭合时的等效电路图。

图4：为第二个光伏子模块发生低压端口短路故障时的系统等效电路图。

图5：为发生高压端口短路故障(HVF)时，故障处理过程各阶段的等效电路图。其中图5a所示为短路故障发生阶段。图5b所示为短路故障电流续流阶段，图5c所示为含低压端口短路故障的续流阶段，图5d所示为短路故障中断阶段，图5e和图5f所示分别为恢复失败和恢复成功阶段。

图6：为本发明控制逻辑图。

图7：为本发明发生低压端口短路故障时，光伏子模块的输出电压和输出功率波形。

图8：为本发明发生高压端口短路故障时，光伏子模块的输出电压、短路电流、流过第一开关管和第二开关管的电流以及流过第三开关管和第四开关管的反并联二极管上的电流波形。

图9：为本发明发生高压端口短路故障前已存在低压端口短路故障时，故障处理模块中电感电流和短路电流的波形。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明公开的一种具备高低压端口短路故障处理能力的光伏多端口直流变换器拓扑，包括：主控制器、N个光伏子模块(PV SM 1～PV SMN)、N个输出电容(C₁～C_N)、N-1个故障处理模块(FTM)、并网电感L_g以及高压直流母线；

所述主控制器分别与所述的N个光伏子模块依次连接；所述主控制器分别与所述的N-1个故障处理模块依次连接；

所述第i光伏子模块由光伏电池板、隔离型DC/DC变换器组成，光伏电池板的输出端口与隔离型DC/DC变换器的输入端口相连，隔离型DC/DC变换器的输出端口即光伏子模块的输出端口；所述第i输出电容C_i与所述第i光伏子模块的输出端口并联，1≤i≤N；

所述第k故障处理模块包括：a端、b端、c端、d端，所述第k个故障处理模块的a端与所述第k光伏子模块的输出端口的负极相连，所述第k个故障处理模块的b端与所述第k个光伏子模块的输出端口的正极相连，所述第k个故障处理模块的c端与所述第k+1个光伏子模块的输出端口的正极相连，所述第k个故障处理模块的d端与所述第k+1个光伏子模块输出端口的负极相连，1≤k≤N-1；

所述第1个光伏子模块的输出端口的正极通过并网电感L_g与所述高压直流母线的正极相连，所述第N个光伏子模块的输出端口的负极与所述高压直流母线的负极相连；

所述第k故障处理模块包括：电感L、第一开关管Q₁、第二开关管Q₂、第三开关管S₁、第四开关管S₂，1≤k≤N-1；，1≤k≤N-1；

所述第一开关管Q₁的发射极为所述故障处理模块的a端，所述第二开关管Q₂的集电极为所述故障处理模块的c端，所述第三开关管S₁的集电极为所述故障处理模块的b端，所述第四开关管S₂的发射极为所述故障处理模块的d端。

所述主控制器选型为TMS320F28335、所述光伏子模块(PV SM 1～PV SMN)选型为光伏电池板额定功率为25kW、隔离型DC/DC变换器采用LLC谐振变换器，所述输出电容(C₁～C_N)选型为4.7mF、所述故障处理模块(FTM)选型为第一、二开关管选择耐压1.25kV的IGBT、第三、四开关管选择耐压2.5kV的IGBT、电感L选择大小为1mH,所述并网电感选型为30mH、所述高压直流母线选型为额定功率为200kW、母线电压为10kV。

本发明公开的一种具备高低压端口短路故障处理能力的光伏多端口直流变换器拓扑具备三种工作模式，下面结合图1至图9介绍本发明的具体实施方式为：

主控制器采集光伏电池板的输出电流、隔离型DC/DC变换器的输入电流、光伏子模块的输出电流、高压直流母线处电流，采用差分电流法检测故障处理模块的工作模式类型，并根据对应工作模式，结合故障处理模块中第一开关管Q₁、第二开关管Q₂，第三开关管S₁和第四开关管进行保护控制；

所述第k个光伏电池板的输出电流为：i_PV1-k，1≤k≤N；

所述第k个隔离型DC/DC变换器的输入电流为：i_PV2-k，1≤k≤N；

所述N个光伏子模块的输出电流均为：i_g1；

所述高压直流母线处电流为：i_g2；

所述工作模式类型包括：正常工作模式、低压端口短路故障模式、高压端口短路故障模式；

所述结合故障处理模块中第一开关管Q₁、第二开关管Q₂，第三开关管S₁和第四开关管进行保护控制，具体为：

当检测到i_pv1-k＝i_pv2-k，i_g1＝i_g2时，处于第一种工作模式，所有的光伏子模块都正常工作；

N个故障处理模块的第一开关管Q₁、第二开关管Q₂均处于导通状态，第三开关管S₁、第四开关管S₂均处于断开状态；

当检测到i_g1＝i_g2，i_pv1-k与i_pv2-k的差值i_pvf-k超过阈值时，代表第k个光伏子模块发生低压端口短路故障模式；

将N-1故障处理模块中的第一开关管Q₁和第二开关管Q₂保持导通的状态，第三开关管S₁和第四开关管S₂则互补导通，实现平衡相邻子模块的输出电压；

剩余N-1个光伏子模块通过故障处理模块向第k个光伏子模块输送能量以维持故障光伏子模块的电压，由于总电压被母线电压所钳制，因此所有光伏子模块输出电容的电压会与正常时一样，因此未故障光伏子模块的MPPT工作点不会偏移，即使多个子模块发生低压端口短路故障也不会影响其他正常子模块的运行；

当检测到i_g1与i_g2差值i_gf超过阈值时，表示处于高压端口短路故障模式；

闭锁所有故障处理模块中的第一开关管Q₁、第二开关管Q₂，第三开关管S₁和第四开关管S₂，可以使短路故障电流流入输出电容C₂～C_N-1，从而快速地降为0，保护光伏子模块里的隔离型DC/DC变换器自身不会受到冲击。

图2所示为正常工作模式下，拓扑电流流通途径。图中PVSM k表示第k个光伏子模块，这里用等效电流源进行替代；L_g为并网电感，i_g表示并网电流，高压直流母线由一个大小为V_g的电压源等效。故障处理模块中的第一开关管Q₁和第二开关管Q₂处于导通状态，第三开关管S₁和第四开关管S₂处于断开状态。此时所有光伏子模块的输出电压都相等。

图3a和图3b为第1个光伏子模块发生低压端口短路故障(LVF)时，相连的第1个故障处理模块动作的等效电路图。其中C₁、C₂分别为第1、2个光伏子模块的输出电容，v_C1、v_C2分别代表输出电容上的电压，L为故障处理模块中的电感，i_L为电感电流。当第一个光伏子模块发生低压端口短路故障时，其输出电容上的电压v_C1首先会下降，由于总电压被高压直流母线钳制，v_C2会升高。随后故障处理模块中的第一开关管Q₁和第二开关管Q₂仍将处于导通状态，第三开关管S₁和第四开关管S₂变为互补导通。图3a当第三开关管S₁断开、第四开关管S₂闭合时，i_L从电容C₂正极流出，经过电感、开关管S₂，到达C₂负极。第二个光伏子模块向电感充电，i_L增加、v_C2会降低。图3b当第四开关管S₂断开、第三开关管S₁闭合时，由于电感电流不能突变，i_L从电容C₁负极流出，经过电感、开关管S₁，到达C₁正极。电感向第一个光伏子模块充电，i_L减小、v_C1会升高。

一个故障处理模块仅平衡两个相邻光伏子模块的输出电压。但是，由于不管有故障的光伏子模块的数量如何，所有输出电压都必须相等，因此即使只有一个低压端口短路故障出现，所有故障子模块都会工作。第二个光伏子模块发生低压端口短路故障下，整个系统的等效电路如图4所示。图4a中，所有故障处理模块的第三开关管S₁断开、第四开关管S₂闭合，第一个故障处理模块中的电感L向第二个光伏子模块的输出电容充电；第k+1(2≤k≤N-1)个光伏子模块的输出电容向第k个故障处理模块中的电感L充电。图4b中，所有故障处理模块的第四开关管S₂断开、第三开关管S₁闭合，第一个光伏子模块的输出电容向第一个故障处理模块中的电感L充电，；第k(2≤k≤N-1)个故障处理模块中的电感L向第k个光伏子模块的输出电容充电。能量从未故障子模块流向故障子模块输出电容，最终使得所有未故障光伏子模块的输出电压与正常工作模式下相同，从而未故障光伏子模块的MPPT工作点不会偏移。多个模块发生低压端口短路故障的原理也一样。

图5a-5f表示发生高压端口短路故障(HVF)时，故障处理过程各阶段的等效电路图。图中PVSM k表示第k个光伏子模块，这里用等效电流源进行替代，C_k为第k个光伏子模块的输出电容；L_g为并网电感，i_f表示高压短路电流，高压直流母线由一个大小为V_g的电压源等效，R_f为等效短路电阻。

图5a所示为短路故障发生阶段。故障处理模块采取短路故障应对措施之前，这时故障处理模块的第一开关管Q₁和第二开关管Q₂处于导通状态，第三开关管S₁和第四开关管S₂处于断开状态。串联起来的光伏子模块电容会通过短路点放电，电容电压下降，短路故障电流i_f持续上升。

图5b所示为短路故障电流续流阶段。当检测到短路故障时，默认电网从电路中切除出去，闭锁所有故障处理模块的第一开关管Q₁和第二开关管Q₂，并且停止所有光伏子模块的工作。由于并网电感L_g上的电流无法突变，故障处理模块上的第三开关管S₁和第四开关管S₂的反并联二极管导通。第2至第N-1个光伏子模块的电容、并网电感L_g、短路电阻R_f以及这些反并联二极管形成了续流通道。在这个续流阶段，由于并网电感承受反压，短路故障电流迅速下降，短路故障能量转移到光伏子模块电容上，使第2至第N-1个光伏子模块输出电容电压有所上升。

图5c所示为含低压端口短路故障的续流阶段。由于低压端口发生短路故障时，通过均压控制仍可以使变换器正常工作，因此高压端口短路故障发生，电路可能本身处于低压端口短路故障的均压工作模式下。此时在检测到过电流时，关闭第一开关管Q₁和第二开关管Q₂时要同时关闭第三开关管S₁和第四开关管S₂。其短路故障中断原理与之前的分析区别不大。唯一不同的是，在短路故障电流续流的阶段里，故障处理模块上的电感电流也经过了第三开关管S₁和第四开关管S₂的反并联二极管续流，并在电流过零时，续流二极管承受反压而截止。以第2个光伏子模块低压端口发生短路故障为例，由图4可知，第1个故障处理模块的电感电流由右流向左，其余故障处理模块的电感电流由左流向右。

图5d所示为短路故障中断阶段。当短路故障电流i_f下降到0后，第三开关管S₁和第四开关管S₂的续流二极管承受反压而关断，电路中不再有电流流通，短路故障被中断。

图5e和图5f所示分别为恢复失败和恢复成功阶段。短路故障中断延迟一段时间后进行恢复操作，此时变换器先不并网。恢复时，先开通所有故障模块的第二开关管Q₂。如果高压端口短路故障仍然存在，则会形成如图5e中所示的通路，电容从第N个输出电容正极，流经所有故障处理模块电感L以及并网电感L_g，然后经过短路电阻R_f，最后回到第N个输出电容负极。此时放电电容只有一个，而限流电感相当于多了所有故障处理模块中的电感，可以有效抑制短路故障电流的再次冲击。当检测到电感上有较大电流流过时，再次断开所有故障处理模块的第二开关管Q₂，等待短路故障维修。如果短路故障已经不存在了，电流通路如图5f所示，则开启所有故障处理模块的第一开关管Q₁，并重启光伏子模块，然后进行并网。

图6所示为本发明所公开的一种具备高低压端口短路故障处理能力的光伏多端口直流变换器拓扑的控制逻辑图。故障处理模块(FTM)的第一开关管Q₁和第二开关管Q₂的开断受到是否发生高压端口短路故障(HVF)控制，只要发生高压端口短路故障，所有故障处理模块的开关管Q₁和第二开关管Q₂都会断开。故障处理模块(FTM)的第三开关管S₁和第四开关管S₂的开断受到是否发生高压端口短路故障(HVF)、是否发生低压端口短路故障(LVF)以及PWM波形三个控制量的影响，只有在未发生高压端口短路故障且至少有一个光伏子模块发生低压端口短路故障的时候，第三开关管S₁和第四开关管S₂才会受到PWM控制互补导通，否则第三开关管S₁、第四开关管S₂会关断。

运用MATLAB/Simulink仿真实验平台对本发明所提方案进行验证，仿真结果如图7、图8、图9所示。高压直流母线电压为10kV，传输总额定功率P_N为200kW,光伏子模块数量N为8。

图7所示为本发明所公开的一种具备高低压端口短路故障处理能力的光伏多端口直流变换器拓扑，在发生低压端口短路故障后，光伏子模块的输出电压和输出功率波形。当t＝0.03s时，低压短路故障出现在第一个、第二个光伏子模块的输入端口。从图中可以看出，故障光伏子模块的输出电压(v₁和v₂)不会下降。所有的光伏子模块的电压均保持不变。其他正常光伏子模块的MPPT控制的工作点不会发生变化，其输出功率不会下降。因此，验证了该拓扑处理低压端口短路故障的能力。

图8所示为本拓扑在发生高压端口短路故障时，光伏子模块输出电压

短路电流i_f，流过第一开关管Q₁和第二开关管Q₂的电流i_Q以及流过第三开关管S₁和第四开关管S₂的反并联二极管上的电流i_D。可以看出，在t＝0.6ms时发生高压端口短路故障，在t＝0.7ms时采取保护措施。当发生高压端口短路故障时，短路故障电流i_f迅速上升，各光伏子模块输出电容的电压

开始下降。采取措施后，短路故障电流(i_f)从第一开关管Q₁和第二开关管Q₂上转移到了第三开关管S₁和第四开关管S₂的反并联二极管上。然后，短路故障能量从电网侧电感器传输到第二至第七个光伏子模块的输出电容上，第二至第七个光伏子模块的输出电容电压略微上升。故障电流迅速降至零，这验证了故障处理模块中断高压端口短路故障的能力。

图9所示为本拓扑在高压端口短路故障前已发生低压端口短路故障时，各故障处理模块中电感电流

与短路故障电流i_f的波形。在第4和第5个光伏子模块的输入侧已经发生了低压端口短路故障后，当t＝0.6ms时发生高压端口短路故障，当t＝0.7ms时采取保护措施。各故障处理模块中电感电流

比故障电流(i_f)降至零的速度要快得多。处理高压端口短路故障时，不会受到低压端口短路故障的影响。因此，可以得出结论，所提出的拓扑具有处理低压端口短路故障和高压端口短路故障同时发生的情况的能力。

通过以上仿真结果可以发现本发明公开的一种具备高低压端口短路故障处理能力的光伏多端口直流变换器拓扑，可以确保在部分光伏子模块发生低压端口短路故障情况下，剩余光伏子模块的正常并网工作，同时可以实现高压端口短路故障的中断处理。即使在发生高压端口短路故障之前已经存在低压端口短路故障的情况下，也不会影响该拓扑的中断功能。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种高低压端口短路故障的光伏多端口直流保护装置，其特征在于：主控制器、N个光伏子模块、N个输出电容、N-1个故障处理模块、并网电感以及高压直流母线；

所述主控制器分别与所述的N个光伏子模块依次连接；所述主控制器分别与所述的N-1个故障处理模块依次连接；

所述第i光伏子模块由光伏电池板、隔离型DC/DC变换器组成，光伏电池板的输出端口与隔离型DC/DC变换器的输入端口相连，隔离型DC/DC变换器的输出端口即光伏子模块的输出端口；所述第i输出电容与所述第i光伏子模块的输出端口并联，1≤i≤N；

所述第k故障处理模块包括：a端、b端、c端、d端，所述第k个故障处理模块的a端与所述第k光伏子模块的输出端口的负极相连，所述第k个故障处理模块的b端与所述第k个光伏子模块的输出端口的正极相连，所述第k个故障处理模块的c端与所述第k+1个光伏子模块的输出端口的正极相连，所述第k个故障处理模块的d端与所述第k+1个光伏子模块输出端口的负极相连，1≤k≤N-1；

所述第1个光伏子模块的输出端口的正极通过并网电感L_g与所述高压直流母线的正极相连，所述第N个光伏子模块的输出端口的负极与所述高压直流母线的负极相连；

所述第k故障处理模块包括：电感、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管，1≤k≤N-1；

所述第一开关管的发射极为所述故障处理模块的a端，所述第二开关管的集电极为所述故障处理模块的c端，所述第三开关管的集电极为所述故障处理模块的b端，所述第四开关管的发射极为所述故障处理模块的d端。

2.一种根据权利要求1所述的高低压端口短路故障的光伏多端口直流保护装置进行高低压端口短路故障的光伏多端口直流保护方法，其特征在于：

主控制器采集光伏电池板的输出电流、隔离型DC/DC变换器的输入电流、光伏子模块的输出电流、高压直流母线处电流，采用差分电流法检测故障处理模块的工作模式类型，并根据对应工作模式，结合故障处理模块中第一开关管、第二开关管，第三开关管和第四开关管进行保护控制；

所述第k个光伏电池板的输出电流为：i_PV1-k，1≤k≤N；

所述第k个隔离型DC/DC变换器的输入电流为：i_PV2-k，1≤k≤N；

所述N个光伏子模块的输出电流均为：i_g1；

所述高压直流母线处电流为：i_g2；

所述工作模式类型包括：正常工作模式、低压端口短路故障模式、高压端口短路故障模式；

所述结合故障处理模块中第一开关管、第二开关管，第三开关管和第四开关管进行保护控制，具体为：

当检测到i_pv1-k＝i_pv2-k，i_g1＝i_g2时，处于第一种工作模式，所有的光伏子模块都正常工作；

N个故障处理模块的第一开关管、第二开关管均处于导通状态，第三开关管、第四开关管均处于断开状态；

当检测到i_g1＝i_g2，i_pv1-k与i_pv2-k的差值i_pvf-k超过阈值时，代表第k个光伏子模块发生低压端口短路故障模式；

将N-1故障处理模块中的第一开关管和第二开关管保持导通的状态，第三开关管和第四开关管则互补导通，实现平衡相邻子模块的输出电压；

剩余N-1个光伏子模块通过故障处理模块向第k个光伏子模块输送能量以维持故障光伏子模块的电压；

当检测到i_g1与i_g2差值i_gf超过阈值时，表示处于高压端口短路故障模式；

闭锁所有故障处理模块中的第一开关管、第二开关管，第三开关管和第四开关管，可以使短路故障电流流入输出电容，从而快速地降为0，保护光伏子模块里的隔离型DC/DC变换器自身不会受到冲击。

Images