CN112821353B - 光伏组件关断装置及光伏组件关断后重新恢复接入的方法 - Google Patents

光伏组件关断装置及光伏组件关断后重新恢复接入的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及到光伏组件关断装置及光伏组件关断后重新恢复接入的方法。关断装置接收相应光伏组件的输出功率，不同的所述关断装置则相互串联连接。控制器将关断装置的输入电压与阈值电压比较，得到比较信号。当控制器收到了将关断的光伏组件接入到组串的指令时控制器产生具有第一逻辑态的控制信号，以及控制器将比较信号和控制信号执行与逻辑运算并得到一个结果，由该结果控制开关的导通或断开，若该结果为第一逻辑态时则开关导通而若该结果为相反的第二逻辑态时则开关断开。

Description

光伏组件关断装置及光伏组件关断后重新恢复接入的方法
技术领域
本发明主要是涉及到光伏发电的技术领域，确切的说，是涉及到应用于光伏组件快速关断功能方面的光伏组件关断装置及光伏组件关断后重新恢复接入的方法。
背景技术
适应高电压领域的光伏发电系统必须要符合电气安全规范。譬如近来美国及欧洲等国家出于安全考虑，在相关电气规范中逐步加入强制性要求。为此各国政府或相关机构分别出台相应的法规法则。基于电气强制规范，美国防火协会修改国家电气规范，规定住宅用的光伏发电系统当中：紧急情况发生时要求光伏发电系统交流并网端断开后，直流端电压最大不得超过八十伏。意大利安全规范告诫：消防员在建筑物带电压的情况下是绝对不被允许进行灭火操作的。德国也率先执行防火安全标准并且还明文规定：在光伏发电系统中逆变器与组件之间需要增加额外的直流电切断装置。光伏组件级的电力电子技术是实现组件级关断的主要方式，应用产品包括微型逆变器、功率优化器及智控关断器。微型逆变器的使用可从根本上消除光伏系统存在的直流高压，而光伏组件功率优化器及智控关断器则具有组件级关断功能。在紧急情况下安装有功率优化器或智控关断器的光伏系统能及时切断每块组件间的连接，消除阵列中存在的直流高压，实现组件级的快速关断。
光伏组件作为光伏发电系统的重要核心组成部分，其性能的优良直接影响到发电系统的整体效果，但实际上光伏组件受到的制约因素较多，每块电池组件自身的特性差异会引起联接组合效率损失。光伏组件阵列一般为串并联式，倘若某一块电池组件受到阴影或灰尘或遮挡或老化等因素而导致功率降低时，所有串接在链路中的电池组件都可能因电流强度的下降而受到影响。为了保障光伏阵列工作的安全性和可靠性，充分发挥每一块光伏电池组件的最大发电效率和保障它处于正常工作状态显得尤为重要。
诸多国家地区已将光伏设施的组件级快速关断列为强制要求，作为光伏分布极广的中国在该领域暂未制定规范，安全标准落后于产品制造和市场推广。目前仅有安徽省公安消防总队归口的地方标准提出规范化要求。尽管浙江及嘉兴等地推出了团体标准但并未对组件快速关断提强制性要求，仅提出了宜具备等概念。国内外发生的不少屋顶户用光伏电站火灾案例使得组件级快速关断亟待深入研究和应用。当光伏被普及成为一种日常屋顶设施后潜在的安全风险就更有可能暴露出来。一方面从安全意识上对设计规范、施工和验收提出要求来确保财产和人身安全得到保证，另一方面要积极推动行业尽快建立更普及的强制性安全标准并研发出适合快速关断功能的光伏组件关断装置。
以北美安全规范NEC2017为例，要求光伏发电系统具有快速关断功能，在关断后光伏阵列内部导体之间以及导体与大地之间的电压最高不得超过约为八十伏特。光伏电站在面临安全规范应该积极采取如下措施：为了实现快速关断必须在光伏组件的输出端处安装起到关断作用的关断装置，在提供直流电的电池组串上或直流母线上安装命令发送装置并且命令发送装置需要受到人为的控制。譬如面临火灾等紧急状况，十分有必要主动迅速关断光伏组件以切断直流电，命令发送装置用来指示关断装置关断。关断光伏组件的应对措施可以制止火灾等负面事件的进一步恶化，提高可靠性和安全性。
发明内容
在可选范例中，本申请公开了一种关断装置，由多个光伏组件串联成组串，所述关断装置用于将光伏组件从组串中关断、或将关断的光伏组件接入到组串，包括：
开关，用于控制光伏组件是否被关断；
控制器，用于控制所述开关的导通或断开；
所述关断装置接收相应光伏组件的输出功率、不同的所述关断装置则相互串联连接；
所述关断装置将其输入电压与阈值电压比较，得到一比较信号；
当需要将关断的光伏组件接入到组串时，所述控制器产生具第一逻辑态的控制信号；
所述关断装置将所述比较信号和所述控制信号执行与逻辑运算，得到一结果；
由该结果控制所述开关的导通或者断开，该结果为第一逻辑态时则所述开关导通而该结果为相反的第二逻辑态时则所述开关断开。
上述的关断装置，其中：
当所述关断装置的输入电压高于阈值电压时，比较信号为第一逻辑态；
当所述关断装置的输入电压低于阈值电压时，比较信号为第二逻辑态。
上述的关断装置，其中：
由所述关断装置配置的逻辑器件具有的迟滞比较器将所述关断装置的输入电压与阈值电压进行比较；
由所述逻辑器件带有的与门将所述比较信号和所述控制信号执行与逻辑运算。
上述的关断装置，其中：
由所述控制器将所述关断装置的输入电压与阈值电压进行比较；
由所述控制器将所述比较信号和所述控制信号执行与逻辑运算。
上述的关断装置，其中：
将关断的光伏组件接入到组串的触发条件包括：
所述控制器收到了将关断的光伏组件接入到组串的指令。
上述的关断装置，其中：
将关断的光伏组件接入到组串的触发条件包括：
所述控制器监控到光伏组件的输出功率不低于目标功率值。
上述的关断装置，其中：
关断的光伏组件接入到组串的方式，包括使所述开关循环多次开和关的动作：
所述开关导通时，拉低所述关断装置的输入电压，使所述比较信号翻转成第二逻辑态，进而使所述开关断开以及同步抬高所述关断装置的输入电压，并让所述比较信号又翻转成第一逻辑态，以使所述开关再次导通；
藉此使所述关断装置输出的电压逐步抬升，直至关断的光伏组件完全接入组串。
上述的关断装置，其中：
所述关断装置的输入电压通过单向二极管向第一电容充电，第一电容上获得的取样电压输送给所述控制器，由取样电压表征所述关断装置的输入电压。
上述的关断装置，其中：
所述关断装置将其输出的电压施加在一个第二电容上。
上述的关断装置，其中：
所述关断装置还配置有一个与第二电容并联连接的旁路二极管，若光伏组件从组串中关断，则由导通的旁路二极管将已被关断的光伏组件予以旁路掉。
上述的关断装置，其中：
还包括配备给所述控制器的通信模块，用于接收发送给所述控制器的所述指令。
在其他的可选范例中，本申请公开了一种利用关断装置将关断的光伏组件重新恢复接入的方法，其特征在于，由多个光伏组件串联成组串，所述关断装置用于将光伏组件从组串中关断、或将关断的光伏组件接入到组串，该方法包括：
利用所述关断装置带有的一个开关，来控制是否关断光伏组件；
所述关断装置接收相应光伏组件的输出功率、不同的所述关断装置相互串联连接；
将所述关断装置的输入电压与一阈值电压进行比较；
由一个控制器来判断是否需要将关断的光伏组件接入到组串；
如果所述关断装置的输入电压高于阈值电压、并且同时还判断出需要将关断的光伏组件接入到组串，则控制所述开关予以导通；否则控制所述开关予以断开。
上述的方法，其中：
由所述关断装置配置的逻辑器件具有的迟滞比较器将所述关断装置的输入电压与阈值电压进行比较，以产生一比较信号；所述控制器在判断是否需要将关断的光伏组件接入到组串时还产生了表征着判断结果的控制信号；
由所述逻辑器件带有的与门将所述比较信号和所述控制信号执行与逻辑运算，与逻辑运算得到的结果用于控制所述开关。
上述的方法，其中：
由所述控制器来判断：
所述控制器是否收到了将关断的光伏组件接入到组串的指令；
所述关断装置的输入电压是否高于阈值电压；
如果所述控制器收到了指令、且判断出输入电压高于阈值电压，则所述控制器控制所述开关予以导通；否则所述控制器控制所述开关予以断开。
上述的方法，其中：
由所述控制器来判断：
光伏组件的输出功率是否不低于目标功率值；
所述关断装置的输入电压是否高于阈值电压；
如果判断出光伏组件的输出功率不低于目标功率值、并且判断出输入电压高于阈值电压，则所述控制器控制所述开关予以导通；否则所述控制器控制所述开关予以断开。
上述的方法，其中：
关断的光伏组件接入到组串的方式，包括使所述开关循环多次开和关的动作：
所述开关导通时，拉低所述关断装置的输入电压，所述关断装置的输入电压低于阈值电压进而导致所述开关断开，但亦同步抬高所述关断装置的输入电压，并让所述关断装置的输入电压又高于阈值电压，则所述开关再次导通；
藉此所述关断装置所输出的电压逐步抬升，直至关断的光伏组件完全接入组串。
上述的方法，其中：
所述关断装置的输入电压通过单向二极管向第一电容充电，第一电容上获得的取样电压输送给所述控制器，由取样电压表征所述关断装置的输入电压。
上述的方法，其中：
所述关断装置将其输出的电压施加在一个第二电容上。
上述的方法，其中：
所述关断装置还配置有一个与第二电容并联连接的旁路二极管，若光伏组件从组串中关断，则由导通的旁路二极管将已被关断的光伏组件予以旁路掉。
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是光伏组件配置有关断装置以及设置一个关断控制模块的拓扑示意图。
图3是那些已经关断移除的光伏组件无法轻易的再重新恢复接入到组串中。
图4是带有控制器和通信模块以及切换开关的关断装置的拓扑结构示意图。
图5是诠释了那些已经关断移除的光伏组件无法轻易的再重新接入的原因。
图6是可将那些已经关断移除的光伏组件再重新接入到组串中的关断装置。
图7是诠释了那些已经关断移除的光伏组件可以再重新接入到组串的机制。
图8是将已关断移除的光伏组件再重新接入到组串中的其它关断装置范例。
图9是关断装置中将与门和比较器集成在同一个逻辑器件中的可选实施例。
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，所描述的范例仅是本发明用作叙述说明所用的实施例而非全部实施例。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获得的方案都属于本发明的保护范围。
参见图1，随着环境和传统能源问题的日趋严峻，光伏发电技术已被越来越多的国家和地区所重视并将其视为优先发展对象，光伏发电又是新能源发电技术中最成熟和最具开发条件的规模发电方式之一。太阳能光伏组件在当前主流技术的方向分为单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池、非晶硅太阳能电池等，硅电池要求的使用年限一般高达二十多年的寿命所以对光伏组件的长期性和持久性管控是必不可少的。众所周知的问题是很多因素都会导致光伏组件的发电效率降低，例如光伏组件自身之间的制造差异、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。以阴影遮挡为范例，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，部分组件就会由电源变成负载而不再产生电能并消耗其他光伏组件的输出功率。还例如当出现同一串电池板因为产品一致性问题不好或发生阴影遮挡等导致部分电池不能正常发电时，整串的电池组串的效率损失很严重而且逆变器尤其是集中式的逆变器接入的电池板阵列很多时，会导致各个组串的电池板不能够在自己的最大功率点运行，这些都是电能和发电量的损失的诱因。由于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、焊带腐蚀等永久性破坏，会给光伏组件的安全性和可靠性造成极大地的隐患。毫无疑虑，光伏系统亟待解决的问题就是对光伏组件的实时管控以及对光伏组件的管理，具体需求是能够实时地管控每一块被安装的光伏电池板的工作状态和工作参数，能可靠地对光伏组件的电压异常、电流异常、温度异常等异常情况进行预警并采取某些应对措施，这对发生异常的电池组件采取类似于组件级主动安全关断或其他的应急断电措施是十分有意义和十分必要的。
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电池组串，电池组串是由串联的光伏组件PV1至PVN串接构成。光伏组件阵列提供的总电能由直流母线输送给能源收集装置或能量收集装置，能源收集装置包括如图所示的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。通常每个光伏组件的正负极之间连接有与光伏组件并联的旁路二极管，以便在光伏组件的输出功率下降时该光伏组件可以被与其配套的旁路二极管予以旁路掉，而不是让输出功率下降的光伏组件进入负压区否则会导致光伏组件两端的极高功率耗散，甚至会引起燃烧。
参见图2，在电池组串中如第一级光伏组件PV1的相关关断状态由与其配套的某个关断装置RSD1进行管理以执行关断功能。第二级光伏组件PV2关断状态由配套的某个关断装置RSD2进行管理以执行关断功能。依此类推，第N级的光伏组件PVN的关断状态由与其配套的关断装置RSDN进行管理，N是不低于1的正整数。关断装置的核心功能就是用于光伏组件的快速关断、将已关断的光伏组件重新恢复接入。
参见图2，第一级光伏组件PV1的输出电压为VO1。第二级光伏组件PV2的输出电压记载为VO2。依此类推，第N级光伏组件PVN的输出电压为VON。以至于任意某串光伏电池组串上的总的母线电压通过计算大约为VO1+VO2+…VON=VBUS。不同的多组电池组串并联连接在母线之间。多级光伏组件PV1至PVN串联连接，多级光伏组件各自的输出电压相互叠加至母线上，母线电压VBUS的电压较之单个光伏组件要高得多，如图所示逆变器从母线上将直流电的母线电压VBUS逆变转换成交流电。任一光伏组件的输出电压通过与其配套的一个关断装置来予以输出：光伏组件PV1的输出电压VO1实质上是通过与其配套的该关断装置RSD1来予以输出、光伏组件PV2的输出电压VO2实质上是通过与其配套的该关断装置RSD2来予以输出、光伏组件PV3的输出电压VO3实质上是通过与其配套的该关断装置RSD3来予以输出、光伏组件PVN的输出电压VON实质上是通过与其配套的该关断装置RSDN来予以输出等等。
参见图2，藉此可知，关断装置RSD1的输出电压为VO1。关断装置RSD2的输出电压记载为VO2。依此类推关断装置RSDN的输出电压为VON。以至于任意某串光伏电池组串上的总母线电压就等于关断装置RSD1至RSDN各自输出的电压相互叠加，通过计算大约为前述所言的VO1+VO2+…VON=VBUS。
参见图2，在分布式或集中式光伏电站中值得关注的问题是：阴影遮挡造成众多光伏组件间的失配。问题还在于，光伏组件的电池输出特性体现在输出电压和输出电流与光强及环境温度等外部因素存在着密切的关联，外部因素的不确定性，导致最大输出功率和最大功率点的对应电压跟随外部因素的变化而变化。例如光伏组件输出的功率功率具有随机性和剧烈的波动性，而这种随机的不可控的特性，有很高的几率对电网造成较大的冲击而且也还可能对一些重要负荷运行造成负面的影响。基于这些疑虑，考虑外部因素而实现光伏组件最大功率点追踪是业界实现能量和收益最大化的核心目标。
参见图2，光伏逆变器INVT具最大功率点追踪MPPT功能。光伏发电受温度和辐照度的影响很大，为了在相同条件下获得更多的电能，提高系统的运行效率，光伏电池的最大功率点追踪成为光伏产业发展中长期面临的问题。早期对光伏阵列最大功率点追踪技术的研究主要是定电压跟踪法、光伏阵列组合法以及实际测量法。定电压跟踪法实际上是等效于稳压控制，并没有达到最大功率点跟踪的目的。光伏阵列组合法是针对不同的负载调节光伏阵列串并联的个数，不具有实时性。实际测量法是用额外的光伏阵列模组以建立光伏阵列在一定日照量及温度时的参考模型，这种方法没有考虑实时的遮蔽情况和各电池板的差异性。目前光伏阵列的最大功率跟踪方法主要分为基于数学模型的方法、基于扰动的自寻优法和基于智能技术的方法。基于数学模型的方法是以建立优化的数学模型为出发点来构造求解方法及光伏阵列特性曲线，从而得出光伏阵列的最大功率之输出，所以光伏电池的等效电路模型及各种参数的正确性是需要着重考虑的。
参见图2，功率优化之常用的MPPT方法的原理及特点：如早期用于光伏组件的输出功率控制主要利用电压回授法Constant Voltage Tracking，这种跟踪方式忽略了温度对太阳电池的开路电压的影响，所以开路电压法和短路电流法被提出来了，它们的共性基本是非常近似的处理最大功率点。为了更精准的捕获最大功率点，扰动观察法和占空比扰动法甚至电导增量法等被提出来了。扰动观察法原理为测量当前阵列功率，然后在原输出电压上再增加一个小电压分量扰动，输出功率会发生改变，测量改变后的功率并比较改变前后功率的大小即可知道功率变化的方向，如果功率增大就继续使用原扰动而如果减小则改变原扰动方向。占空比扰动工作原理为：光伏阵列和负载之间的接口通常采用脉冲宽度调制信号控制的电压变换器，从而可通过调整脉冲宽度调制信号的占空比来调节变换器的输入与输出关系，从而实现阻抗匹配的功能，因此占空比的大小实质上已经决定了光伏电池的输出功率的大小。电导增量法与前述扰动观察法可说是殊途同归，最大的差别仅仅在于逻辑判断式与测量参数，虽然增量电导法仍然是以改变光伏电池输出电压来达到最大功率点但是借着修改逻辑判断式来减少在最大功率点附近的振荡的现象，使其适应于日照强度和温度瞬息变化的气候。实际测量法、模糊逻辑法、功率数学模型、间歇扫描跟踪法以及最优梯度方法、三点重心比较法等属不太常用的最大功率点追踪法。藉此可以获悉在光伏能源业界使用的所谓MPPT算法是多样性的，本申请不再重复赘述。
参见图2，每个组串的功率与电压曲线中，相同的环境条件下每个组串具有唯一的最大输出功率点，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出上升的趋势。到达最大功率点后，光伏组串的输出功率又迅速下降，而且下降的速度远大于上升速度，即最大功率点右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出下降的趋势。组串最大功率点对应的输出电压约等于其开路电压的78-80％左右。
参见图3，在组串中可假设第一级光伏组件PV1的相关关断状态由与其配套的某个关断装置RSD1控制成没有被关断的状态。第二级光伏组件PV2关断状态由配套的某个关断装置RSD2控制成已经被关断的状态。依此类推，第N级的光伏组件PVN的关断状态由与其配套的关断装置RSDN控制成没有被关断或已经被关断的状态。
参见图3，棘手的难题在于，作为功率转换设备的逆变器INVT和作为直流电源的组串之间已经建立起较为稳定的电压电流关系，母线电压VBUS等于整个组串中没有被关断的那些光伏组件的输出电压之和，母线电流等于各组串的电流之和。无论是母线电压还是母线电流都具有保持原有状态的特性，尤其是母线电压具有较高的电压水准以及母线电流同样的也具有较高的电流水准。以至于已经被关断的光伏组件PV2试图重新恢复接入到该组串中的接入过程会被打断。关断装置RSD2在将光伏组件PV2强行接入到该组串中的尝试所体现的现象是：光伏组件PV2会短暂的接入到组串，然而系统欲保持原有的状态而抗拒光伏组件PV2的接入、排斥光伏组件PV2，光伏组件PV2短暂的接入近乎是转瞬即逝、光伏组件PV2随即又被短路和旁路掉。再者光伏组件PV2接入组串相当于是尝试着去提高母线的电压，值得注意的是，光伏逆变器INVT同时还在对组串执行功率优化和最大功率追踪，以将组串的电流和组串的电压设置在最大功率点处。组串的电压即母线电压是光伏逆变器INVT执行功率优化所确定的，而光伏组件PV2的突然接入相当于是打破了光伏逆变器INVT原本确立的最大功率点。光伏逆变器INVT当然不一定必须具有功率优化功能，但是不管它是否带有功率优化功能，已经被关断的光伏组件若试图再重新恢复接入到该组串中，都会面临着难以接入的困境。光伏组件PV2作为范例而阐释了关断的光伏组件难以重新接入的内在原因，其他光伏组件关断后同样也难以再接入。
参见图4，多级光伏组件串联连接事实上是借助关断装置RSD1至RSDN的串联关系实现的：第一级光伏组件PV1的输出电压为VO1是通过关断装置RSD1来输出以及同样的所谓的第二级光伏组件PV2的输出电压为VO2是通过关断装置RSD2来输出以及依此类推直至第N级光伏组件PVN的输出电压为VON是通过关断装置RSDN来输出。
参见图4，关断装置RSDN包括控制器IC。在实现通信方面控制器IC可以通过控制配套的通信模块MODU来与外部进行单向或双向通信。通信模块MODU之通信机制包括了有线通信和无线通信两种类型：例如可采用WIFI、ZIGBEE、433MHZ通信和红外或蓝牙等一切现有的无线通信方案，还例如可采用电力线载波通信的方案。本申请的可选范例中通信模块MODU包括了电力线载波调制解调器，电力线载波调制解调器是以电力线载波的方式实现单向或双向通信。图示的耦合元件COP可将电力线载波调制解调器发出的电力线载波信号耦合到线缆上，图示的耦合元件COP还可从线缆上提取其他的载波调制解调器发出的电力线载波信号。典型的耦合元件COP譬如是带有原边副边绕组的变压器或譬如是带有耦合线圈的信号耦合器。耦合变压器的使用方法例如可将电力线载波输送到原边绕组上而副边绕组则连接在电源线缆上作为线缆的一部分，电力线载波通过原边和副边的耦合作用而输送传递到到线缆上。带有磁环和耦合线圈的信号耦合器的典型使用方法例如可将母线线缆直接穿过信号耦合器的绕有耦合线圈的磁环，电力线载波被输送到耦合线圈上即可从母线线缆感应到从而可实施非接触式的信号传递。总而言之耦合元件可采用现有技术公开的所有信号耦合方案，注入式电感耦合器技术、电缆卡接式电感耦合器技术和可切换全阻抗匹配的电缆卡接式电感耦合器都是本申请的可选方案。电力线载波信号除了沿着线缆朝着远离光伏组件的期望方向传播如传向逆变器，电力线载波信号同步亦会反向地直接传播到光伏组件的正负极处，毕竟通信模块更靠近光伏组件。
参见图4，在支持光伏组件快速关断管理的关断装置中，以如图所示的可控制光伏组件是否被关断的组件关断装置RSDN为例。采用关断装置RSDN的电路期望实现的智能管理目标是判断光伏组件是否有必要及时关断，满足NEC690.12条款：安装或内置于建筑物的光伏系统须包含快速关断功能，减少对应急处理人员的电击危险。尽管组件管理模块是以实现关断功能的组件关断装置为例来叙述说明，事实上关断装置之功能远不止限定于组件关断如还可实现数据监测功能。如多级光伏组件PV1-PVN中的每一个光伏组件均配置有一个电压转换器，同时还要求该些多级光伏组件PV1-PVN所对应的多个电压转换器的输出电压相互叠加到直流母线上并藉此作为母线电压，此时多个电压转换器是相互串联连接的关系。每一个电压转换器均将从与之对应的一个光伏组件撷取到的电能转换成自身的输出功率。每一个电压转换器也还将与之对应的一个光伏组件的输出电压执行升压或降压或升降压等处理后再予以输出。甚至于在可选的范例中，每一个电压转换器还用于将与之对应的一个光伏组件的输出电流和输出电压设置在最大功率点处，对光伏组件实现功率优化的作用。组件关断装置之控制器IC可用于操作电压转换器执行升压或降压或升降压等电压转换。带有电压转换器的关断装置还具备电压调节和功率管理功能。
参见图4，关断装置RSDN中与控制器IC具有相同功能的等同器件：软件驱动或复数的微处理器或门阵列、逻辑器件、控制装置、状态机、控制器、芯片等。
参见图4，在可选范例中支持光伏组件PV1快速关断的关断装置RSD1用于操作该光伏组件配置的切换开关S1的断开或导通，控制光伏组件PV1是否关断。与此同时在其他可选的范例中作为对比，支持光伏组件PV2快速关断的关断装置RSD2用于操作该光伏组件配置的切换开关S1的断开或导通，控制光伏组件PV2是否关断。依此类推在其他可选的范例中作为对比，支持光伏组件PVN快速关断的关断装置RSDN用于操作该光伏组件配置的切换开关S1的断开或导通，控制光伏组件PVN是否关断。在图中的实施例中展示了关断装置RSD1之控制器IC提供的控制信号CTL。
参见图4，在可选的范例中，光伏组件PV1通过切换开关S1连接到电源线缆上且切换开关S1受控制器IC的控制：若切换开关S1被关断则光伏组件PV1从串联的多级光伏组件PV1-PVN即电池组串中被移除，开关S1被接通则光伏组件PV1恢复接入到该光伏组件PV1-PVN即电池组串中。光伏组件PV2通过切换开关S1连接到电源线缆上且切换开关S1受控制器IC的控制：若切换开关S1被关断则光伏组件PV2从串联的多级光伏组件PV1-PVN即电池组串中被移除，开关S1被接通则光伏组件PV2恢复接入到该光伏组件PV1-PVN即电池组串中。组件PVN亦通过切换开关S1连接到电源线缆上且切换开关S1受控制器IC的控制：若切换开关S1被关断则光伏组件PVN从串联的多级光伏组件PV1-PVN即电池组串中被移除，开关S1接通则光伏组件PVN恢复接入到该光伏组件PV1-PVN即电池组串中。因此在组件关断装置控制光伏组件是否被关断的可选的实施例中：每个光伏组件均配置有一切换开关S1，光伏组件PV1-PVN串联连接并且它们串联成所谓的电池组串。每个切换开关S1用于将与之对应的一个光伏组件予以关断而从电池组串中予以移除掉、每个切换开关S1还用于将与之对应的一个光伏组件从关断状态恢复接入到电池组串中。每个光伏组件配置的切换开关S1受每个光伏组件配置的关断装置之控制器IC的控制。光伏组件设有与其并联的旁路二极管BD，以便在光伏组件从电池组串中移除掉时该光伏组件可以被配套的旁路二极管BD旁路掉，而不至于电池组串在被移除掉的光伏组件处形成了所谓的断路点。例如如果光伏组件PVN假设从电池组串中被移除掉则光伏组件PVN被其配套的旁路二极管BD旁路。
参见图4，以光伏组件PVN和关断装置RSDN为例：关断装置RSDN的第一输入端耦合到光伏组件PVN的正极；而关断装置RSDN的第二输入端，则对应的是耦合到了该配套的光伏组件PVN的负极。且关断装置RSDN在第一输出端、第二输出端之间输出电压以及在第一输出端、第二输出端之间连接有旁路二极管BD。旁路二极管的阴极耦合到第一输出端而旁路二极管的阳极耦合到第二输出端。将后一个关断装置的第一输出端耦合到相邻前一个关断装置的第二输出端，多个关断装置RSD1至RSDN按照该规则全部串联连接起来。在首个关断装置RSD1的第一输出端和末尾关断装置RSDN的第二输出端之间提供所谓的串级电压也即母线电压VO1+VO2+…VON=VBUS。
参见图4，在可选的范例中，若光伏组件PV1-PVN均被关断，电池组串上的总的母线电压即VO1+VO2+…VON=VBUS可从数百伏特迅速跌落到零值附近。可使得光伏系统实现快速关断功能以减少对应急处理人员的电击危险。满足NEC690.12条款。
参见图4，在可选的范例中，用于光伏组件的快速关断的关断装置RSDN包括配备给光伏组件PVN的切换开关S1，用于控制光伏组件PVN是否被关断。还包括了控制所述切换开关S1的导通或断开的控制器IC。以及包括通信模块MODU，用于将其产生的电力线载波信号加载到串接起多级光伏组件PV1-PVN的线缆上或者从线缆上提取发送至关断装置RSDN本地的电力线载波信号。替代性的通信模块MODU，用于将其产生的无线通信信号发送给其他信号接收方或接收其他信号发送方发出的无线通信信号。
参见图2，在可选的范例中回路设有关断控制模块100。关断控制模块100的最佳位置较佳在光伏组件PV1-PVN与逆变器INVT之间的线缆上，关断控制模块100的位置还应该远离光伏组件PV1-PVN以保障安全性。在紧急情况下，安装有电压转换器或智控关断装置的光伏系统能切断每块组件间的连接，消除阵列中存在的直流高压，实现组件级的快速关断以满足财产和人身安全方面的保障。急救人员通过关断控制模块100可向各个关断装置发送关断命令或者发送将关断的光伏组件接入到组串的指令。关断命令是指示关断装置将光伏组件予以关断移除、将关断的光伏组件接入到组串的指令则是指示关断装置将关断移除的光伏组件的光伏组件重新恢复接入到组串中。关断控制模块100例如因急救人员的操作而停止向关断装置发送电力线载波，相当于是下达关断命令；反之如果因急救人员的操作而让关断控制模块100继续向关断装置发送电力线载波，那么相当于是向关断装置下达了将关断的光伏组件接入到组串的指令。这仅是可选范例，向关断装置下达关断命令的方式、向关断装置下达将关断的光伏组件接入到组串的指令的方式，可以借助于当前已知技术的任意方式，而不限制于给出的范例。例如还可以先为每一个关断装置均配置唯一的地址编号，然后再将带有地址信息的关断命令发送给与该地址信息相一致的关断装置，或将带有地址信息的指令发送给与该地址信息相一致的关断装置，那么每个关断装置只提取与自身的地址编号相符的关断命令或指令，然后每个关断装置按照关断命令将光伏组件关断、或者按照指令将关断的光伏组件接入到组串中。
参见图4，在可选的范例中，结合图2-3，当光伏组件成功关断后在某些场景下如警情消失则需要重新启用光伏组件。假设关断控制模块100也设置有关断装置那样的控制器及其通信模块，所以关断控制模块100也可以向各关断装置RSD1-RSDN主动的发送电力线载波信号。重新启用被关断的光伏组件PV1-PVN例如可以是：向各个关断装置发送携带有启用指令的电力线载波信号，关断装置RSD1-RSDN各自的控制器IC通过配套的通信模块MODU收取启用指令，而关断装置RSD1-RSDN各自的控制器IC响应启用指令将它们的切换开关S1导通而使光伏组件PV1- PVN恢复成接通状态。
参见图4，在可选的范例中，关断装置RSD之控制器IC也还用于控制为光伏组件配备的切换开关S1的断开或导通。控制器IC通过通信模块MODU收取启用指令如通过匹配的通信模块MODU之电力线载波解调器接收电力线载波信号，启用指令通过电力线载波信号从线缆上传给控制器IC。耦合元件COP从线缆上感应关断控制模块100发出的携带有启用指令的载波信号，耦合元件COP还进一步将感应提取到的电力线载波信号传递给所谓的通信模块MODU。通信模块MODU从携带有启用指令的电力线载波中解码出启用指令并发送给控制器IC。通信模块MODU除了可以使用电力线载波等有线通信之外也还可以使用无线通信等传统通信方式来收取外部指令。注意在某些可选的范例中通信模块可以直接内置到控制器IC，即控制器IC直接集成有通信模块。
参见图4，发给控制器IC的启用指令要求将光伏组件予以重启，控制器IC响应启用指令将切换开关S1导通（ON）而使光伏组件重启。关断装置RSD1-RSDN用于实现光伏组件的快速关断功能。关断（shutdown）和恢复接通（re-connection）是光伏组件可以满足业界关于NEC690.12条款的两个重要状态。注意在很多场合在将光伏组件关断后无需再恢复成接通状态，如光伏电站遭遇火灾时通常只需快速将组件予以关断但组件可能无需再恢复成接通状态，所以光伏组件恢复成接通状态并不是必要条件。本申请的以上各实施例可较好的应对光伏电站发生的紧急状况，譬如面临火灾等状况时能主动迅速的关断光伏组件以切断直流电，符合业界对关断装置的各项要求。
参见图5，是图4之关断装置RSD2将关断的光伏组件PV2接入组串的范例。
参见图5，关断装置RSD2将光伏组件PV2重新接入组串的阶段，控制器IC产生的控制信号CTL操作切换开关S1予以导通。已经被关断的光伏组件PV2试图重新恢复接入到该组串中的接入过程会被打断。关断装置RSD2在将光伏组件PV2强行接入到该组串中的尝试所出现的现象是：光伏组件PV2会短暂的接入到组串，然而系统欲保持原有的状态而抗拒光伏组件PV2的接入、排斥光伏组件PV2，光伏组件PV2短暂的接入近乎是转瞬即逝，光伏组件PV2随即又被短路和旁路掉。该关断装置RSD2所输出的电压是图中展示的波形VO2，控制信号CTL出现了第一逻辑态例如高电平。切换开关S1即使已经被接通却发现VO2并没有抬升，VO2短暂的略有增长却马上转瞬即逝，最终已被关断的光伏组件PV2还是处于旁路的状态而难以重新接入到组串中。
参见图5，控制信号CTL翻转成高电平，试图抬高关断装置RSD2输出的电压从而将光伏组件PV2接入组串。尽管控制信号CTL是高电平、切换开关S1已导通，但是所述关断装置RSD2输出的电压在极短的时间内出现略微的增长、却马上又跌落。以至于将光伏组件PV2接入组串的尝试完全失败。则图4之关断装置RSD2亟需改善。
参见图6，以关断装置RSD1-RSDN为例：由多个光伏组件串联成组串而且所述关断装置用于将光伏组件从组串中关断、或将关断的光伏组件接入到组串。关断装置包括用于控制光伏组件是否被关断的开关S1。控制器IC控制开关S1的导通或断开。
参见图6，以关断装置RSD1-RSDN为例：关断装置RSD1接收光伏组件PV1的输出功率及关断装置RSD2接收光伏组件PV2的输出功率、类似的有关断装置RSD3接收光伏组件PV3的输出功率，依此类推，关断装置RSDN接收光伏组件PVN的输出功率且不同的各个关断装置RSD1-RSDN则是相互串联连接。
参见图6，关断装置RSDN将关断的光伏组件PVN重新接入组串的方法：关断装置的比较器AM将关断装置RSDN输入电压与阈值电压VTH比较得到比较信号。关断装置的输入电压通过单向二极管D1向第一电容C1充电，第一电容C1上获得的取样电压输送给比较器，并由取样电压表征关断装置RSDN的输入电压。例如关断装置的第一输入端耦合到光伏组件PVN正极、第二输入端耦合到光伏组件PVN负极，在第一输入端和第二输入端之间串联连接单向二极管D1和第一电容C1。此时关断装置的输入电压就会通过单向二极管D1向第一电容C1充电。通过检测第一电容C1上的电压就能得知关断装置的输入电压的情况。此外第一电容C1上的电压还能为控制器IC等关断装置的各个组成部分来供电。可通过分压器来采样第一电容C1上的电压。例如本实施例中利用带有串联式电阻R1和R2的分压器来采样第一电容C1上的电压。电阻R1和R2两者的互连节点也即分压节点处可获得取样电压。比较器AM将阈值电压VTH和输入电压进行比较从而得到前述的比较结果。因为取样电压是关断装置的输入电压按比例缩小的值，所以在比较输入电压和阈值电压VTH的时候，可将取样电压换算成原输入电压后再比较；或者将所谓的阈值电压VTH也按同样的比例缩小，然后将取样电压即输入电压按比例缩小的值和所述的阈值电压VTH也按同样的比例缩小的值进行比较，得到比较信号。因此认为取样电压反映了关断装置的输入电压或说取样电压表征着关断装置的输入电压。
参见图6，关断装置RSDN将关断的光伏组件PVN重新接入组串的方法：关断装置的比较器AM将关断装置RSDN输入电压与阈值电压VTH比较得到比较信号。当关断装置的输入电压高于阈值电压VTH时，比较信号为第一逻辑态如高电平；与此相对当关断装置的输入电压低于阈值电压VTH时，比较信号为第二逻辑态如低电平。
参见图6，关断装置RSDN将关断的光伏组件PVN重新接入组串的方法：当所述的控制器IC收到了将关断的光伏组件PVN接入到组串的指令时，该控制器IC会被触发产生具有第一逻辑态如高电平的控制信号CTL。在本实施例中可将比较器AM之比较信号和控制信号CTL两者执行与（and）逻辑运算，得到一结果AD。如与门108可将比较器之比较信号和控制信号两者执行与逻辑运算。结果AD用于控制切换开关S1。通常可使用逻辑电路或逻辑器件带有的与门来实施与逻辑运算。
参见图6，关断装置RSDN将关断的光伏组件PVN重新接入组串的方法：根据前文得到的结果AD来控制切换开关S1的导通或断开，若结果AD为第一逻辑态如高电平时则切换开关S1导通而如果结果AD为第二逻辑态如低电平时则切换开关S1断开。
参见图7，关断装置RSDN将关断的光伏组件PVN重新接入组串的方法同样还适用于其他关断装置，如适用于关断装置RSD2将关断的光伏组件PV2接入组串。本实施是使用前文图6中展示的所述关断装置RSD2为例来进行阐释。
参见图7，关断装置RSD2将关断的光伏组件PV2重新接入组串的方法：根据前文得到的结果AD来控制切换开关S1的导通或断开，若结果AD为第一逻辑态如高电平时则切换开关S1导通而如果结果AD为第二逻辑态如低电平时则切换开关S1断开。
参见图7，关断装置RSD2将关断的光伏组件PV2重新接入组串的方法，包括使所述切换开关S1循环多次开和关的动作：切换开关S1导通时拉低关断装置RSD2的输入电压并使比较器AM之比较信号翻转成第二逻辑态如低电平，进而使切换开关S1断开以及同步抬高关断装置RSD2的输入电压，并进一步让比较信号又翻转成第一逻辑态如高电平以至于以使切换开关S1再次被导通。藉此关断装置RSD2所输出的电压VO2逐步抬升直至关断的光伏组件PV2完全接入到组串中。和图5对比，发现本实施例主要是可逐步抬高关断装置RSD2所输出的电压VO2，该关断装置RSD2输出的电压不会稍微抬升后就马上跌落而转瞬即逝，这可以保障光伏组件PV2完全接入到组串中。
参见图7，关断装置RSD2将关断的光伏组件PV2重新接入组串的解释：接入的过程要求切换开关S1循环多次开和关的动作，结果AD为高电平H则切换开关S1是开通或导通的而结果AD为低电平L则切换开关S1是关断或断开的。
参见图7，结果AD为高电平H表示控制信号CTL和比较信号皆为第一逻辑态。
参见图7，结果AD为低电平L表示比较信号为第二逻辑态，控制信号CTL此时倘若具有第一逻辑态，但是结果AD仍然为第二逻辑态。
参见图7，结果AD为高电平H时，是因为关断装置RSD2的输入电压较高并且同时满足：控制器IC收到将关断的光伏组件PV2接入组串的指令、关断装置RSD2的输入电压高于阈值电压VTH。此时关断装置RSD2将输出电压施加在第二电容C2上并且此时所谓的第二电容C2之电量是增长的、其电压也是增加的，如电压VO2之波形。
参见图7，结果AD为高电平H时，切换开关S1导通而且旁路二极管BD的旁路作用会拉低所述关断装置RSD2的输入电压，导致输入电压会低于阈值电压VTH并使所述比较信号翻转成第二逻辑态例如低电平，则结果AD后续又翻转成低电平L。
参见图7，结果AD为低电平L时，则是因为关断装置RSD2的输入电压较低并且同时满足：控制器IC收到将关断光伏组件PV2接入组串的指令、关断装置RSD2的输入电压低于阈值电压VTH。第二电容C2掉电且电量略微减少，如电压VO2之波形。
参见图7，结果AD为低电平L时，切换开关S1关断并拉高关断装置RSD2的输入电压和导致输入电压高于阈值电压VTH，比较信号翻转成第一逻辑态例如高电平，与此同时前述结果AD后续又翻转成低电平H。
参见图7，结果AD在高电平H和低电平L之间多次切换，相当于切换开关S1循环多次开和关的动作：切换开关S1每次接通就会让第二电容C2充电、切换开关S1每次关断就会让第二电容C2略微掉电。须值得注意的是，该结果AD的单次低电平L的延续时间要远远小于结果AD的单次高电平H的延续时间，因为切换开关S1关断后关断装置的输入电压近乎是瞬态抬高，所以结果AD出现低电平L后会立即翻转成高电平H。
参见图7，切换开关S1循环多次开和关的动作：切换开关S1导通时拉低关断装置的输入电压，使比较信号翻转成第二逻辑态，进而使得切换开关S1断开以及同步抬高关断装置的输入电压，让比较信号又翻转成第一逻辑态，切换开关S1再次导通。藉此所述关断装置所输出的电压会逐步抬升，直至关断的光伏组件PV2完全接入组串。
参见图8，本实施例和图6的实施例的原理一样，但是图6的实施例主张利用外置的比较器AM和外置的逻辑器件如逻辑器件带有与门108，而本实施例中控制器IC承担该比较器AM的比较功能和承担带有与门108的逻辑器件的逻辑运算功能。所以将关断装置的输入电压与阈值电压进行比较的任务、判断是否收到了将关断的光伏组件接入到组串的指令的任务等工作皆由同一个控制器IC独自承担。
参见图8，关断装置RSDN输入电压由单向二极管D1向第一电容C1充电，以至于第一电容C1上撷取的取样电压反映了输入电压的情况。取样电压传给控制器IC并且由取样电压表征该关断装置RSDN的输入电压。例如关断装置RSDN的第一输入端耦合到光伏组件PVN正极、第二输入端耦合到光伏组件PVN负极，在第一输入端和第二输入端之间串联连接单向二极管D1和第一电容C1。则关断装置RSDN的输入电压会通过单向二极管D1向第一电容C1充电。通过检测第一电容C1上的电压就能得知关断装置的输入电压的情况。此外第一电容C1上的电压还能为控制器IC等关断装置的各个组成部分来供电。例如可通过分压器来采样第一电容C1上的电压：本实施例中则是利用带有串联式电阻R1和R2的分压器来采样第一电容C1上的电压。电阻R1和R2两者的互连节点也即分压节点处可获得取样电压。控制器IC将阈值电压VTH和输入电压进行比较从而得到前述的比较结果。因为取样电压是关断装置的输入电压按比例缩小的值，所以在比较输入电压和阈值电压VTH的时候，可将取样电压换算成输入电压之后再比较；或者将所谓的阈值电压VTH也按同样的比例缩小，然后将取样电压即输入电压按比例缩小的值和所述的阈值电压VTH也按同样的比例缩小的值进行比较，得到比较信号。因此认为取样电压反映了关断装置的输入电压或说取样电压表征着关断装置的输入电压。
参见图8，关断装置RSDN的第一输入端耦合到单向二极管D1的阳极、其第二输入端和单向二极管D1的阴极之间连接有第一电容C1。分压器对第一电容C1上的电压取样所以分压器可以与第一电容C1并联连接。旁路二极管BD的阴极耦合到第一输出端以及该旁路二极管BD阳极耦合到第二输出端。
参见图8，控制器IC将关断装置RSDN输入电压与阈值电压VTH比较可得到一个比较信号。控制器IC收到将关断的光伏组件PVN接入到组串的指令时，控制器IC产生具有第一逻辑态的控制信号CTL，控制器IC将比较信号和控制信号CTL执行与逻辑运算得到一个结果AD。注意比较信号在本图中没有展示，如果关断装置RSDN输入电压高于阈值电压VTH时控制器IC判断的比较信号为第一逻辑态，关断装置RSDN输入电压低于阈值电压VTH时控制器IC判断的比较信号为第二逻辑态。比较信号又可称之为比较结果或者比较标记。而与逻辑运算得到的结果AD又可称之为逻辑结果或运算结果。最终控制器根据判断的结果AD来控制切换开关S1的导通或断开，若该结果AD为第一逻辑态时则切换开关S1导通，若结果AD为相反的第二逻辑态时则切换开关S1断开。
参见图8，关断的光伏组件PVN接入到组串的方式，包括使切换开关S1循环多次开和关的动作：切换开关S1导通时拉低关断装置RSDN的输入电压，使比较信号翻转成第二逻辑态，进而使切换开关S1断开以及同步抬高关断装置RSDN的输入电压并让比较信号又翻转成第一逻辑态，以使切换开关S1再次导通。关断装置RSDN输出的电压藉此逐步抬升，直至关断的光伏组件PVN完全接入组串中。关断装置RSDN将其输出的电压输出在一个第二电容C2上，关断装置RSDN还配置有与第二电容C2并联连接的旁路二极管BD，若光伏组件PVN从组串中关断则由导通的旁路二极管BD将已被关断的光伏组件PVN予以旁路掉，保障组串依然能够正常工作。
参见图8，利用关断装置RSDN将关断的光伏组件PV重新恢复接入的方法：由多个光伏组件串联成组串，所述关断装置用于将光伏组件从组串中关断、或将关断的光伏组件接入到组串。该方法包括：利用关断装置RSDN带有的一个切换开关S1来控制是否关断光伏组件PVN。关断装置RSDN接收相应光伏组件PVN的输出功率、而不同的所述关断装置RSD1至RSDN相互串联连接。利用关断装置RSDN带有的控制器IC将所述关断装置RSDN的输入电压与一个阈值电压VTH进行比较。由控制器IC来判断：所述的控制器IC是否收到将关断的光伏组件PVN接入到组串的指令、关断装置RSDN的输入电压是否高于阈值电压VTH。在可选的实施例中，如果控制器IC判断出控制器IC收到了将关断的光伏组件PVN接入到组串的指令、同时关断装置RSDN的输入电压确实是高于阈值电压VTH，那么控制器IC控制切换开关S1予以导通。否则控制切换开关S1予以断开并且任意一个条件不满足都控制切换开关S1予以断开：条件之一是控制器IC必须收到了将关断的光伏组件PVN接入到组串的指令；条件之二是控制器IC应当检测出所述关断装置RSDN的输入电压高于阈值电压VTH。
参见图8，在可选的实施例中，关断的光伏组件PVN接入到组串的方式，包括使切换开关S1循环多次开和关的动作：切换开关S1导通时拉低关断装置RSD2的输入电压并且关断装置RSD2的输入电压低于阈值电压VTH后，导致切换开关S1断开，断开的切换开关S1之条件亦同步抬高关断装置RSD2的输入电压，并让关断装置RSD2的输入电压又高于阈值电压VTH，从而则切换开关S1再次导通。切换开关S1按照该机制而循环多次开和关的动作：藉此关断装置RSD2所输出的电压会逐步抬升，每次开关动作都会导致输出电压抬升一次，直至关断的光伏组件PVN完全接入组串中。
参见图8，图8的范例可借助于图7来进一步阐释。关断装置RSDN将关断的相应光伏组件PVN接入组串的方法还适用于其他关断装置，如关断装置RSD2将关断的相应光伏组件PV2接入组串，亦可利用图8的技术方案来实现。
参见图8，关断装置RSD2将关断的光伏组件PV2重新接入组串的解释：接入的过程会要求切换开关S1循环多次开和关的动作，如果控制器IC收到了指令、且所述的关断装置PV2的输入电压高于阈值电压，则切换开关S1是开通或导通。控制器IC收到了指令但关断装置PV2的输入电压低于阈值电压，则切换开关S1是关断或断开的。
参见图8，结果AD为高电平H表示：控制器IC收到了指令、关断装置PV2的输入电压高于阈值电压VTH。本范例可参见图7。
参见图8，结果AD为低电平L表示：控制器IC收到了指令、关断装置PV2的输入电压低于阈值电压VTH。本范例可参见图7。
参见图8，结果AD为高电平H时，是因为关断装置RSD2的输入电压较高并且同时满足：控制器IC收到将关断的光伏组件PV2接入组串的指令、关断装置RSD2的输入电压高于阈值电压VTH。此时关断装置RSD2将输出电压施加在第二电容C2并且此时所谓的第二电容C2之电量是增长的、电压也是增加的。如电压VO2之波形。
参见图8，结果AD为高电平H时，切换开关S1导通而且旁路二极管BD的旁路作用会拉低所述关断装置RSD2的输入电压，导致输入电压会低于阈值电压VTH并使得前述的该结果AD后续又翻转成低电平L。
参见图8，结果AD为低电平L时，则是表示关断装置RSD2的输入电压较低并且同时满足：控制器IC收到将关断光伏组件PV2接入组串的指令、关断装置RSD2输入电压低于阈值电压VTH。第二电容C2掉电且电量轻微减少。如电压VO2之波形。
参见图8，结果AD为低电平L时，切换开关S1关断并拉高关断装置RSD2的输入电压从而导致输入电压会高于阈值电压VTH，则结果AD后续又翻转成低电平H。
参见图8，结果AD在高电平H和低电平L之间多次切换，相当于切换开关S1循环多次开和关的动作：切换开关S1每次开通就会让第二电容C2充电、切换开关S1每次关断就会让第二电容C2略微掉电。须值得注意的是，结果AD的单次低电平L的延续时间要远远小于结果AD的单次高电平H的延续时间，因为切换开关S1关断后关断装置的输入电压近乎是瞬态抬高，所以结果AD出现低电平L后会立即翻转成高电平H。
参见图8，切换开关S1循环多次开和关的动作：切换开关S1导通时拉低所述关断装置的输入电压，关断装置的输入电压低于阈值电压进而导致切换开关S1断开，但亦同步抬高所述关断装置的输入电压，并让关断装置的输入电压又高于阈值电压，然后所述的切换开关S1又再次导通。切换开关S1按照该机制循环多次开和关的动作，藉此关断装置所输出的电压会逐步抬升，每次开关动作都会导致输出的电压抬升一次，直至关断的光伏组件完全接入组串中。这和图6的实施例的原理基本类似。
参见图8，在可选的实施例中，逆变器INVT具最大功率点追踪功能这种技术方案在前文内容中已经详细阐明。在执行最大功率点追踪的过程中，要寻找最大功率点就必须周期性的调节逆变器的输入电流之大小和调节输入电压之大小。逆变器的输入电流也即各组串的串级电流汇总后的总电流、逆变器的输入电压也即各组串的串级电压。在可选的实施例中当被关断的光伏组件在重新恢复接入到组串的阶段，逆变器INVT在对组串执行最大功率点追踪时，使组串脱离最大功率点，直至被关断的光伏组件恢复接入到组串之后再重新将组串设置在最大功率点处。避免逆变器INVT在对组串执行最大功率追踪时反复回调母线电压，防止被关断的光伏组件无法接入组串。注意该逆变器INVT面对组串的最大功率点被干扰而作出的回应可能是调节母线电压等。倘若该逆变器INVT反复回调母线电压则会迫使那些关断的光伏组件接入组串的接入动作中断，逆变器INVT反复回调母线电压则是基于最大功率追踪的需求：必须周期性的调节母线电压和母线电流，才能以动态的追踪方式来寻找出组串在当时场景下的最大功率点。在可选的范例中，当被关断的光伏组件在重新恢复接入到组串的阶段，逆变器INVT在对组串执行最大功率点追踪时，使组串脱离最大功率点，例如假设组串在最大功率点处母线电流具有对应的第一电流值，则可以将将母线电流调节到具有第二电流值，第二电流值比第一电流值要小；还例如假设组串运行在最大功率点处时组串的电流具有对应的第一串级电流值，则可以将组串的电流调节到具有第二串级电流值，第二电流值比第一电流值要小；这些具体罗列的措施都可以让组串脱离最大功率点。直至关断的光伏组件恢复接入到组串后，逆变器INVT再重新将组串设在最大功率点处，注意关断的光伏组件恢复接入到组串后，母线电压和母线电流或者是组串的电流会由实施最大功率追踪的逆变器INVT重新确定。
参见图9，本实施例和图6的实施例的原理类似，但是图6的实施例主张利用外置的比较器AM和外置的逻辑器件如逻辑器件带有与门108，而本实施例中直接将前文所言的比较器AM和与门108等集成在同一个逻辑器件202上。所以将关断装置的输入电压与阈值电压进行比较的任务、将比较器AM输出的比较信号和控制信号CTL来执行与逻辑运算的任务皆由逻辑器件202来承担。
参见图9，以关断装置RSD1-RSDN为例：由多个光伏组件串联成组串而且所述关断装置用于将光伏组件从组串中关断、或将关断的光伏组件接入到组串。关断装置包括用于控制光伏组件是否被关断的开关S1。逻辑器件202控制开关S1的导通或断开。
参见图9，关断装置配置的逻辑器件202具有的比较器AM例如是迟滞比较器或称之为施密特触发器。逻辑器件202带有的比较器AM将关断装置的输入电压与阈值电压进行比较。逻辑器件202带有的与门108将比较信号和控制信号执行与逻辑运算。
参见图9，以关断装置RSD1-RSDN为例：关断装置RSD1接收光伏组件PV1的输出功率及关断装置RSD2接收光伏组件PV2的输出功率、类似的有关断装置RSD3接收光伏组件PV3的输出功率，依此类推，关断装置RSDN接收光伏组件PVN的输出功率且不同的各个关断装置RSD1-RSDN则是相互串联连接。
参见图9，关断装置RSDN将关断的光伏组件PVN重新接入组串的方法：关断装置的比较器AM将关断装置RSDN输入电压与阈值电压VTH比较得到比较信号。本实施例中利用带有串联式电阻R1和R2的分压器来采样输入电压。电阻R1和R2两者的互连节点也即分压节点处可获得取样电压。比较器AM将阈值电压VTH和输入电压进行比较从而得到前述的比较结果。因为取样电压是关断装置的输入电压按比例缩小的值，所以在比较输入电压和阈值电压VTH的时候，可将取样电压换算成原输入电压后再比较；或者将所谓的阈值电压VTH也按同样的比例缩小，然后将取样电压即输入电压按比例缩小的值和所述的阈值电压VTH也按同样的比例缩小的值进行比较，得到比较信号。因此认为取样电压反映了关断装置的输入电压或说取样电压表征着关断装置的输入电压。本范例中关断装置的输入电压通过分压器获得的取样电压，输送给逻辑器件202，从而由分压器分压所获得的取样电压来表征关断装置的输入电压。这与图6-8略有区别。
参见图9，关断装置RSDN将关断的光伏组件PVN重新接入组串的方法：关断装置的比较器AM将关断装置RSDN输入电压与阈值电压VTH比较得到比较信号。当关断装置的输入电压高于阈值电压VTH时，比较信号为第一逻辑态如高电平；与此相对当关断装置的输入电压低于阈值电压VTH时，比较信号为第二逻辑态如低电平。
参见图9，关断装置RSDN将关断的光伏组件PVN重新接入组串的方法：当所述的控制器IC收到了将关断的光伏组件PVN接入到组串的指令时，该控制器IC会被触发产生具有第一逻辑态如高电平的控制信号CTL。在本实施例中可将比较器AM之比较信号和控制信号CTL两者执行与（and）逻辑运算，得到一结果AD。如与门108可将比较器之比较信号和控制信号两者执行与逻辑运算。结果AD用于控制切换开关S1。通常可使用逻辑电路或逻辑器件带有的与门来实施与逻辑运算。
参见图9，关断装置RSDN将关断的光伏组件PVN重新接入组串的方法：当所述的控制器IC监测到光伏组件PVN的输出功率不低于目标功率值时，控制器IC会被触发产生具有第一逻辑态如高电平的控制信号CTL。在本实施例中可将比较器AM之比较信号和控制信号CTL两者执行与（and）逻辑运算，得到一结果AD。如与门108可将比较器之比较信号和控制信号两者执行与逻辑运算。结果AD用于控制切换开关S1。通常可使用逻辑电路或逻辑器件带有的与门来实施与逻辑运算。
参见图9，在本实施例和前文记载的各实施例中，将光伏组件PVN接入到组串的触发条件包括：控制器IC收到了将光伏组件PVN接入到组串的指令、控制器IC监测到光伏组件PVN的输出功率不低于目标功率值，或控制器IC在关断装置本地出于某种其他原因而认为有必要将关光伏组件PVN接入到组串，本设计适用于图6-8的范例。所以控制器判断是否需要将关断的光伏组件接入到组串的理由是多方面的：如外部指令、如光伏组件的的输出功率已经达标、如引起光伏组件被关断的关断诱发因素被解除等等。
参见图9，关断装置RSDN将关断的光伏组件PVN重新接入组串的方法：根据前文得到的结果AD来控制切换开关S1的导通或断开，若结果AD为第一逻辑态如高电平时则切换开关S1导通而如果结果AD为第二逻辑态如低电平时则切换开关S1断开。
参见图9，在本实施例和前文记载的各实施例中，关断的光伏组件接入到组串的方式包括使开关S1循环多次开和关的动作：开关S1每接通或导通一次就会让电容C2来执行一次充电并积累一次电量，与此同时，开关S1每关断或断开一次就会让电容C2的充电被打断一次。在关断的光伏组件完全接入到组串之前，开关S1循环多次开和关的动作可避免开关S1是持续接通或者导通的。开关S1持续接通或导通的弊端是电容C2略微充电后会马上掉电、难以让关断装置RSDN所输出的电压抬升到足够高。相反依照本文那样使开关S1循环多次开和关的动作：电容C2的电压譬如关断装置RSDN所输出的电压会逐步抬升，并抬升到足够高、至关断的光伏组件PVN完全接入组串。
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 (16)

1.一种关断装置，其特征在于，由多个光伏组件串联成组串，所述关断装置用于将光伏组件从组串中关断、或将关断的光伏组件接入到组串，包括：
开关，用于控制光伏组件是否被关断；
控制器，用于控制所述开关的导通或断开；
所述关断装置接收相应光伏组件的输出功率、不同的所述关断装置则相互串联连接；
所述关断装置将其输入电压与阈值电压比较，得到一比较信号；
当需要将关断的光伏组件接入到组串时，所述控制器产生具第一逻辑态的控制信号；
所述关断装置将所述比较信号和所述控制信号执行与逻辑运算，得到一结果；
由该结果控制所述开关的导通或者断开，该结果为第一逻辑态时则所述开关导通而该结果为相反的第二逻辑态时则所述开关断开；
当所述关断装置的输入电压高于阈值电压时，比较信号为第一逻辑态；
当所述关断装置的输入电压低于阈值电压时，比较信号为第二逻辑态；
关断的光伏组件接入到组串的方式，包括使所述开关循环多次开和关的动作：
所述开关导通时，拉低所述关断装置的输入电压，使所述比较信号翻转成第二逻辑态，进而使所述开关断开以及同步抬高所述关断装置的输入电压，并让所述比较信号又翻转成第一逻辑态，以使所述开关再次导通；
藉此使所述关断装置输出的电压逐步抬升，直至关断的光伏组件完全接入组串。
2.根据权利要求1所述的关断装置，其特征在于：
由所述关断装置配置的逻辑器件具有的迟滞比较器将所述关断装置的输入电压与阈值电压进行比较；
由所述逻辑器件带有的与门将所述比较信号和所述控制信号执行与逻辑运算。
3.根据权利要求1所述的关断装置，其特征在于：
由所述控制器将所述关断装置的输入电压与阈值电压进行比较；
由所述控制器将所述比较信号和所述控制信号执行与逻辑运算。
4.根据权利要求1所述的关断装置，其特征在于：
将关断的光伏组件接入到组串的触发条件包括：
所述控制器收到了将关断的光伏组件接入到组串的指令。
5.根据权利要求1所述的关断装置，其特征在于：
将关断的光伏组件接入到组串的触发条件包括：
所述控制器监控到光伏组件的输出功率不低于目标功率值。
6.根据权利要求1所述的关断装置，其特征在于：
所述关断装置的输入电压通过单向二极管向第一电容充电，第一电容上获得的取样电压输送给所述控制器，由取样电压表征所述关断装置的输入电压。
7.根据权利要求1所述的关断装置，其特征在于：
所述关断装置将其输出的电压施加在一个第二电容上。
8.根据权利要求7所述的关断装置，其特征在于：
所述关断装置还配置有一个与第二电容并联连接的旁路二极管，若光伏组件从组串中关断，则由导通的旁路二极管将已被关断的光伏组件予以旁路掉。
9.根据权利要求4所述的关断装置，其特征在于：
还包括配备给所述控制器的通信模块，用于接收发送给所述控制器的所述指令。
10.一种利用关断装置将关断的光伏组件重新恢复接入的方法，其特征在于，由多个光伏组件串联成组串，所述关断装置用于将光伏组件从组串中关断、或将关断的光伏组件接入到组串，该方法包括：
利用所述关断装置带有的一个开关，来控制是否关断光伏组件；
所述关断装置接收相应光伏组件的输出功率、不同的所述关断装置相互串联连接；
将所述关断装置的输入电压与一阈值电压进行比较；
由一个控制器来判断是否需要将关断的光伏组件接入到组串；
如果所述关断装置的输入电压高于阈值电压、并且同时还判断出需要将关断的光伏组件接入到组串，则控制所述开关予以导通；否则控制所述开关予以断开；
关断的光伏组件接入到组串的方式，包括使所述开关循环多次开和关的动作：
所述开关导通时，拉低所述关断装置的输入电压，所述关断装置的输入电压低于阈值电压进而导致所述开关断开，但亦同步抬高所述关断装置的输入电压，并让所述关断装置的输入电压又高于阈值电压，则所述开关再次导通；
藉此所述关断装置所输出的电压逐步抬升，直至关断的光伏组件完全接入组串。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：
由所述关断装置配置的逻辑器件具有的迟滞比较器将所述关断装置的输入电压与阈值电压进行比较，以产生一比较信号；所述控制器在判断是否需要将关断的光伏组件接入到组串时，还产生了表征着判断结果的控制信号；
由所述逻辑器件带有的与门将所述比较信号和所述控制信号执行与逻辑运算，与逻辑运算得到的结果用于控制所述开关。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：
由所述控制器来判断：
所述控制器是否收到了将关断的光伏组件接入到组串的指令；
所述关断装置的输入电压是否高于阈值电压；
如果所述控制器收到了指令、且判断出输入电压高于阈值电压，则所述控制器控制所述开关予以导通；否则所述控制器控制所述开关予以断开。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：
由所述控制器来判断：
光伏组件的输出功率是否不低于目标功率值；
所述关断装置的输入电压是否高于阈值电压；
如果判断出光伏组件的输出功率不低于目标功率值、并且判断出输入电压高于阈值电压，则所述控制器控制所述开关予以导通；否则所述控制器控制所述开关予以断开。
14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：
所述关断装置的输入电压通过单向二极管向第一电容充电，第一电容上获得的取样电压输送给所述控制器，由取样电压表征所述关断装置的输入电压。
15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：
所述关断装置将其输出的电压施加在一个第二电容上。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：
所述关断装置还配置有一个与第二电容并联连接的旁路二极管，若光伏组件从组串中关断，则由导通的旁路二极管将已被关断的光伏组件予以旁路掉。
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