CN113224798A - 光伏组件功率优化系统及功率优化方法 - Google Patents

光伏组件功率优化系统及功率优化方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113224798A
CN113224798A CN202110630390.0A CN202110630390A CN113224798A CN 113224798 A CN113224798 A CN 113224798A CN 202110630390 A CN202110630390 A CN 202110630390A CN 113224798 A CN113224798 A CN 113224798A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bridge
photovoltaic
bridge converter
power
converter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110630390.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113224798B (zh
Inventor
张永
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fonrich Shanghai New Energy Technology Co ltd
Original Assignee
Fonrich Shanghai New Energy Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fonrich Shanghai New Energy Technology Co ltd filed Critical Fonrich Shanghai New Energy Technology Co ltd
Priority to CN202110630390.0A priority Critical patent/CN113224798B/zh
Publication of CN113224798A publication Critical patent/CN113224798A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113224798B publication Critical patent/CN113224798B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • H02M3/33523—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters with galvanic isolation between input and output of both the power stage and the feedback loop
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • H02J2300/26—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin involving maximum power point tracking control for photovoltaic sources
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Abstract

本发明涉及到光伏组件功率优化系统及功率优化方法。光伏组件功率优化系统主要包括多个光伏组和并联连接的多个半桥变换器，每个半桥变换器从相应的一个光伏组件撷取电能并转换成自身的输出功率，还包括对多个半桥变换器提供的输出功率实施功率转换并产生交流电的逆变器。多个半桥变换器各自的输出电压均输送到相同的母线上，每一个半桥变换器同时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而且在此阶段由半桥变换器将光伏组件与母线实现直流隔离。

Description

光伏组件功率优化系统及功率优化方法
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的光伏发电系统中提出了一种对直流电源即光伏组件执行功率优化的机制，允许光伏组件在关断可控的条件下安全运行而且可实现光伏组件的功率优化。
背景技术
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，每块光伏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，所有串并联关系的其它组件都可能因电压电流强度的下降而受影响。为了保障光伏阵列工作的安全性和可靠性，充分发挥每块光伏组件的最大发电效率和保障光伏组件处于安全工作状态显得尤为重要。
光伏发电系统的安装需要付出前期投资，由于光伏组件不匹配具有隐蔽性，许多太阳能发电系统的业主可能会忽略或毫不知情光伏组件的不匹配问题，导致投资的回收和利润大幅度降低，造成能源浪费。不匹配的原因是多方面的，主要机理是电压和电流的组合不匹配造成的，局部异物遮蔽和飘动的云朵、附近物体的遮挡、表面污染、不同的安装倾角和安装朝向、老化和温度变化及其他因素。光伏组件不匹配，会诱发光伏组件产生不平衡的电量损失。结果就是整个发电系统无法运作在最大的输出功率点。
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。
属高电压领域的光伏发电系统应当要符合电气安全规范。近年来美国以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。
发明内容
本申请公开了一种光伏组件功率优化系统，包括：
多个光伏组件；
并联连接的多个半桥变换器，每个半桥变换器从相应的一个光伏组件撷取电能并转换成自身的输出功率；
对多个半桥变换器提供的输出功率实施功率转换并产生交流电的逆变器；
多个半桥变换器各自的输出电压均输送到同一个母线上；
每一个半桥变换器同时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，在此阶段由半桥变换器将光伏组件与母线实现直流隔离。
上述的光伏组件功率优化系统：
桥式变换器选自于半桥变换器、对称半桥LLC谐振变换器、非对称半桥LLC谐振变换器或全桥变换器、全桥LLC谐振变换器中任意之一。
上述的光伏组件功率优化系统：
每个半桥变换器配备有一个控制器，半桥变换器在控制器的操作控制之下，将与之对应的一个光伏组件设置在最大功率点处。
上述的光伏组件功率优化系统：每个半桥变换器配备有一个控制器，半桥变换器在控制器的操作控制之下，将与之对应的一个光伏组件提供的初始的输出电压执行升压处理。
上述的光伏组件功率优化系统：
每个半桥变换器皆配备有电流检测模块和电压检测模块，用于检测与之对应的一个光伏组件的输出电流的信息和输出电压的信息，并将输出电流的信息和输出电压的信息提供给其配备的一个控制器；
控制器响应光伏组件的输出电流和输出电压的变化，通过脉宽调制的方式来动态调节半桥变换器的导通占空比，从而跟踪光伏组件的最大功率点。
上述的光伏组件功率优化系统：母线的电压设置成预定的固定值。
上述的光伏组件功率优化系统：
每个半桥变换器配备有一个控制器和一个配套的通信模块，通信模块用于接收发送给控制器的指令；
当任一半桥变换器的控制器通过通信模块收到了将光伏组件关断的指令时，其响应关断的指令而禁用半桥变换器，以将对应的一个光伏组件从母线上断开；或者
当任一半桥变换器的控制器通过通信模块收到了将光伏组件接入的指令时，其响应接入的指令而启用半桥变换器，以将对应的一个光伏组件接入到母线上。
上述的光伏组件功率优化系统：以耦合到母线上的电力线载波的形式发送所述指令。
上述的光伏组件功率优化系统：
桥式变换器选自于对称半桥LLC谐振变换器或非对称半桥LLC谐振变换器；
任一桥式变换器在将与之相应的一光伏组件的输出电流和输出电压设在最大功率点的过程中，即任一桥式变换器对与之相应的光伏组件执行最大功率优化的过程中，要求所述的任一桥式变换器以软开关的形式来对与之相应的光伏组件执行最大功率优化，并且使所述任一桥式变换器工作在零电压开关(Zero Voltage Switching，简称ZVS)模式。
本申请还公开了一种光伏组件功率优化方法，包括：
将多个半桥变换器设置成并联连接以向同一个母线供电；
将多个光伏组件中的每一个连到相应的一个半桥变换器；
由母线向一个逆变器供电；
任一半桥变换器均配备有一个控制器；
任一半桥变换器在其配备的控制器的操作控制之下，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在最大功率点处，此时籍由该任一半桥变换器将与之对应的一个光伏组件与母线实现直流隔离。
上述的光伏组件功率优化方法：
桥式变换器选自于对称半桥LLC谐振变换器或非对称半桥LLC谐振变换器；
任一桥式变换器以软开关的形式来对与之相应的光伏组件执行最大功率优化，并且使所述任一桥式变换器工作在零电压开关(ZVS)模式下。
本申请还公开了一种光伏组件功率优化方法，包括：
提供多个光伏组件和多个半桥变换器；
将每一个光伏组件的初始功率作为相应一个半桥变换器的输入功率；
将多个半桥变换器的输出电压并联连接到一个母线上；
将母线上的电压设置成预定的固定值；
通过跟踪每个光伏组件的最大功率点而单独控制每个光伏组件的初始功率，并通过脉宽调制的方式来动态调节半桥变换器的导通占空比，从而跟踪光伏组件的最大功率点；
任一半桥变换器在将与之对应的一个光伏组件的输出电流和输出电压设在最大功率点的过程中，该任一半桥变换器同时将与之对应的一个光伏组件与母线实现直流隔离。
本申请还公开了一种光伏组件功率优化方法，包括：
提供多个光伏组件和多个半桥变换器；
任一半桥变换器撷取与之对应的一个光伏组件所提供的初始功率；
将多个半桥变换器的输出电压并联连接到一个母线上；
通过调节占空比的方式来调整半桥变换器的等效阻抗，使得任一半桥变换器的等效阻抗趋向于等于与之对应的一个光伏组件的等效内阻；以及
任一半桥变换器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的过程中，该任一半桥变换器同时将与之对应的一个光伏组件与母线实现直流隔离。
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是光伏组件以并联连接的方式为母线供电且母线设有能量收集装置。
图2是光伏组件配置有电压转换器来抬高光伏组件的电压或者降低电压。
图3是母线上所设置的能量收集装置既可以是逆变器又可以是充电器等。
图4是通过配备有控制器的各个半桥变换器来将光伏组件连接到母线上。
图5是光伏组件在不同光照强度或类似的影响因素下的功率曲线示意图。
图6是通过配备有控制器和通信模块的桥式变换器将光伏组件连到母线。
图7是利用非对称式的谐振变换器作为桥式变换器的可选实施例来阐释。
图8是用相对的对称式谐振变换器作为桥式变换器的可选实施例来阐释。
图9是利用替代性的全桥变换器来作为桥式变换器的可选实施例来阐释。
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。
参见图1，在光伏发电领域光伏组件即光伏电池是发电的核心部件，所谓光伏组件在主流技术方向上分为单晶硅电池、多晶硅太阳电池、非晶硅太阳电池等。大型集中式光伏电站采用的光伏组件的数量庞大，而小规模的分布式户用型小型电站采用的光伏组件的数量则相对较少。硅基材光伏组件在本领域要求的年限高达二十多年寿命，所以对光伏组件的实时性和持久性监控是必不可少的。很多内部因素和外部因素都会导致光伏组件的发电效率较为低下，譬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度等因素都会引起组件转换效率降低。以常见的阴影遮挡为例，如果部分光伏组件被云朵或建筑物或树影或污染物等类似物遮挡之后，这部分光伏组件就会由电源变成负载而不再产生电能，光伏组件在热斑效应严重的位置局部温度通常较高，甚至超过150摄氏度从而导致组件局部区域烧毁或形成暗斑、焊点融化、封装体老化、玻璃炸裂以及腐蚀等永久性的破坏，给光伏组件的长期安全性和可靠性造成极大地隐患，所以避免光伏组件之间的不匹配显得尤为重要，而及时发现故障和定位故障则更为重要。
参见图1，在光伏组件的安全管理方法方面：多个光伏组件P1-PN以并联的方式向母线供电且假设母线包括正母线B1和负母线B2。例如光伏组件P1-PN配备有功率优化器而且功率优化器在光伏系统中的主要作用是对光伏组件实施功率优化。而且允许功率优化器在某些场合带有旁路二极管，当光伏组件产生发生异常时譬如发生热斑效应就可以通过功率优化器的旁路二极管将异常光伏组件旁路掉。
参见图1，设光伏组件P1配备有第一设备J1。在本实施例中，假设第一设备是功率优化器则光伏组件P1由所述的第一设备J1执行功率优化。
参见图1，光伏组件PN配备有第一设备JN。在本实施例中，假设第一设备是功率优化器则光伏组件PN由所述的第一设备JN执行功率优化。正整数N大于1。
参见图1，第一级第一设备J1输出电压为V1。类似的第二级第一设备J2所输出的电压记为V2。依此类推，第N级第一设备PN的输出电压为VN。以至于任意某组光伏组件能提供的总的母线电压通过计算大约为VBUS。要求各第二级第一设备的输出电压都应等于母线的电压VBUS。光伏组件各自的输出功率叠加至母线上，则母线收集的功率较之单个光伏组件要高得多。
参见图1，第一设备J1在本实施例中使用功率优化器。所以该第一设备J1输出给母线的分电压V1可由第一设备J1的输出电压来表征，第一设备J1输出给母线的分电流可由第一设备J1所输出的电流I1来表征。第一设备JN亦如此譬如第一设备JN输出给母线的分电压VN可由第一设备JN的输出电压表征，第一设备JN输出给母线的分电流可由第一设备JN所输出的电流IN来表征。
参见图2，设第一设备是电压转换器例如多级光伏组件P1-PN中的每一个光伏组件均配置有一个电压转换器，与此同时要求该些多级光伏组件P1-PN所对应的多个电压转换器的输出功率相互叠加到直流母线上并藉此作为母线功率。此时多个电压转换器是相互并联连接的关系。第一设备J1如电压转换器将从与之对应的光伏组件P1撷取的电能转成自身输出功率，第一设备J1如电压转换器还将与之对应的光伏组件P1的初始电压执行升压或降压或升降压等处理后再予以输出。电压转换器如DC/DC转换器可以是升压型的电压转换器或升压型开关电源、降压型的电压转换器或降压型开关电源、升降压型的电压转换器或升降压型的开关电源。第一设备具升压或降压的电压调节功能。按照相同的道理可知余下的其它第一设备JN如电压转换器将从与之对应的光伏组件PN撷取的电能转成自身输出功率，第一设备JN如电压转换器还将与之对应的光伏组件PN的初始电压执行升压或降压或升降压等处理后再予以输出。第二设备100用逆变器INVT可将母线上的直流电逆变转换成所需的交流电，注意第二设备还有多种其它的备选方案。
参见图2，第一设备是对组件的初始电压执行电压转换的电压转换器。在并联关系中第一级光伏组件P1输出给母线的分电压V1可由第一设备J1的输出电压来表征及第一级光伏组件输出给母线的分电流由第一设备J1所输出的电流I1来表征。分电压V1是该转换器即第一设备J1执行升压或降压等转换后所输出的电压。第N级光伏组件PN输出给母线的该分电压VN可由第一设备JN的输出电压表征及任意第N级光伏组件PN输出给母线的分电流则可以由第一设备JN所输出的电流IN来表征。相同的分电压VN是该转换器即第一设备JN执行升压或降压等转换后所输出的电压。
参见图2，第二设备100使用的能量收集装置除了逆变器INVT之外，还允许是其他能量收集装置，例如典型的可以是对光伏组件的能量进行汇聚的汇流箱等，能量收集装置也允许是为储蓄电池进行充电的各类充电器或升压转换器等。第一设备使用升压转换器可以抬高母线的电压水准，然后再对较高电压水准的母线电压进行逆变转换。
参见图2，第一设备JN之电压转换器可使用桥式变换器。而桥式变换器则可以选自于半桥变换器、对称半桥LLC谐振变换器、非对称半桥LLC谐振变换器、全桥变换器或者是全桥LLC谐振变换器中任意之一。
参见图3，设第一设备是桥式变换器例如多级光伏组件P1-PN中的每一个光伏组件均配置有一个桥式变换器，与此同时要求该些多级光伏组件P1-PN所对应的多个桥式变换器的输出功率相互叠加到直流母线上并藉此作为母线功率。此时多个桥式变换器是相互并联连接的关系。第一设备J1如桥式变换器将从与之对应的光伏组件P1撷取的电能转成自身输出功率，第一设备J1如桥式变换器还将与之对应的光伏组件P1的初始电压执行升压或降压或升降压处理后再输出。桥式变换器(Bridge Type Converter)可为升压型的电压转换器或升压型开关电源、降压型的电压转换器或降压型开关电源、升降压型的电压转换器或升降压型的开关电源。第一设备具升压或降压的电压调节功能。按照相同的道理可知余下的其它第一设备JN如桥式变换器将从与之对应的光伏组件PN撷取的电能转成自身输出功率，第一设备JN如桥式变换器还将与之对应的光伏组件PN的初始电压执行升压或降压或升降压等处理再输出。桥式变换器以半桥变换器为例。
参见图3，第一设备是对组件的初始电压执行电压转换的半桥变换器。在并联关系中第一级第一设备J1输出给母线的分电压V1可由第一设备J1的输出电压来表征及第一级第一设备输出给母线的分电流由第一设备J1所输出的电流I1来表征。分电压V1是半桥变换器第一设备J1执行升压或降压等转换后所输出的电压。第N级第一设备JN输出给母线的该分电压VN可由第一设备JN的输出电压表征及任意第N级第一设备JN输出给母线的分电流则可以由第一设备JN所输出的电流IN来表征。相同的分电压VN是半桥变换器第一设备JN执行升压或者降压等转换后所输出的电压。
参见图3，半桥变换器属于本领域的现有技术。第一设备JN采用的半桥变换器例如包括串联在第N级光伏组件PN的正极和负极之间的电容C1和电容C2。半桥变换器如包括串联在第N级光伏组件PN的正极和负极之间的开关Q1和开关Q2，典型的功率开关包括功率晶闸管或功率场效应晶体管或绝缘型双极型晶体管等多种开关。
参见图3，电容C1/C2两者互连于第一节点及开关Q1/Q2两者互连于第二节点则所述半桥变换器之隔离变压器T的初级绕组连接在第一节点与第二节点之间。依图所示所述半桥变换器之隔离变压器T的次级绕组带有中心抽头。次级绕组的第一端例如同名端通过图示的单向二极管D1耦合到母线B1、与此同时所述次级绕组的第二端例如异名端通过图示的单向二极管D2耦合到母线B1。籍此可知所述次级绕组的第一端例如同名端与中心抽头也即图示的L之间包括了第一个绕组以及所述次级绕组的第二端例如异名端与中心抽头也即图示的L之间包括了第二个绕组并且鉴于半桥变换器对于本领域而言是属于常规知识，所以对半桥变换器不再赘述。中心抽头L耦合到母线B2。
参见图3，半桥变换器此时是一个直流到直流的降压或升压电压变换器，也是单组件级别的最大功率追踪的功率优化器。半桥变换器对单组件进行最大功率优化，传输给逆变器进行直流电到交流电的处理之后，供给本地使用或发电上网。逆变器通常可以是无最大功率追踪的纯逆变设备或者配有二级最大功率追踪的逆变设备。半桥变换器与主流的功率优化器如串联型的拓扑电路BUCK或BOOST或BUCK-BOOST存在诸多不同。
参见图3，并联型功率优化器允许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电压升压到预定数值，输入逆变器的电流则相当于每个优化器收集到的最大功率除以预定的电压后电流的总和。厚云层的遮挡对于组件的电压影响较轻，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，而且半桥变换器由于是并联关系，输出的电流又不会彼此影响，这可以视作并联式半桥变换器相较于串联式优化器的优势。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重新启动直到遮挡移除。然而相比于串联的拓扑，并联半桥变换器的拓扑也同样存在着和微型逆变器一样的缺憾，半桥变换器的输入电压和输出电压间的升压跨度相对较大，但这同时也会带来部分优势。
参见图3，目前比较惯用的组件开路电压约38伏而工作电压约30伏，功率优化器的串联拓扑在正常情况下升压降压范围都是控制在10％-30％之间，在电压不足情况下变化范围提升至10％-90％之间。然而并联功率优化器拓扑需要把组件输入电压升压到相当高的数值例如在约400V左右，显而易见相当于10倍以上的电压提升幅度。
参见图3，功率优化器一个最大拓扑特点是把组件和逆变器功能性分开，这有别于传统的光伏系统。看似组件由优化器接入逆变器，事实上组件只是启动优化器，而优化器收集组件的最大功率之后相互协作给逆变器功能。譬如固定电压技术不但解决了光伏发电系统的遮挡问题，对于多组串的系统，各不同组串的光伏组件数量也无需相等，甚至同一组串内的各光伏组件朝向也无需一样。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是一个跨越式的进步。
参见图3，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优势。传统最大功率的追踪算法是基于：爬山算法以及逻辑测算法。其他追踪法还采用结合法：比如爬山算法结合常数范围算法，配合固定时间间隔的全扫描法来寻找最大的功率点处。或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光伏组件的最大功率点处。这些算法在理想测试的条件下准确率都可以达到99％以上，但是事实上功率优化当前最大的挑战是多波峰和光照陡增等。多波峰的意思是在一个阵列的功率与电流或者功率与电压曲线图中出现了多个功率峰值，其形成的原因是多种多样，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，导致了较多的光伏组件被绕开而使得工作电压降低了，进而出现阵列的电压错配而出现多波峰情况。或组件被遮挡而旁路二极管依然处在反向偏转的未启动状态，在同一组串中出现电流错配而导致多波峰。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，由于其不可控性和多变性，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。正是基于最大功率点追踪这种极大优势，才可以让优化器相较于传统逆变器有三成左右的产能提升率。
参见图3，须强调的是，现有技术针对光伏组件的最大功率追踪的任何方案同样适用于半桥变换器，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3，在光伏发电领域，涉及到光伏组件的安装，这需要绝对安全。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可靠。有些场合需要检测组件的发电量或说是监测输出功率情况，这些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的异常事件，被鸟粪、灰尘、建筑物、树影、云朵等遮挡住，这需要人为的去清洁电池或改变安装方位等措施。部分场合涉及到光伏组件的关断功能。
参见图3，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。与串联的方案不同，光伏发电系统具有并联的多个光伏组件P1、P2、P3……PN，它们并联构成电池组串，则电池组串由多级并联连接的光伏组件P1至PN构成。每个光伏电池或称光伏组件PN均配置有执行最大功率追踪MPPT的第一设备JN例如半桥变换器。
参见图3，第一级光伏组件P1产生的初始电压由第一级半桥变换器如J1进行直流到直流的升压转换以执行功率优化。类似的情况，第二级光伏组件P2产生的初始电压由第二级半桥变换器J2进行升压转换。类似情况，第N级光伏组件PN产生的初始电压则对应由第N级的半桥变换器如JN进行升压转换以执行功率优化功能。
参见图3，实质上与每块光伏电池PN对应的半桥变换器如JN输出的电压才可以来表征该光伏电池PN提供在光伏电池组串上的实际电压。设定任意一组的光伏电池组串中并联有第一级光伏组件P1、第二级光伏组件P2…至第N级的光伏组件PN：第一级半桥变换器如J1将第一级光伏电池P1初始电压执行最大功率追踪而进行升压转换并输出自身的电压V1，第二级半桥变换器如J2输出V2，第N级半桥变换器如JN将第N级的该光伏组件PN的电压执行最大功率追踪而进行升压式转换并输出VN。半桥变换器将光伏组件与母线实现隔离的优势是光伏组件的波动电压电流不会干涉母线。而传统串联式优化器很容易将光伏组件的波动电压电流传递给母线，但是各个光伏组件的实际电压电流又各不相同从而造成不同功率优化器之间的相互串扰。
参见图4，数据采集模块用于采集光伏组件的一项或者多项目标数据。数据采集模块采集的目标数据如包括光伏组件的初始电压和初始电流、包括第一设备输出给母线的分电压或者分电流。数据采集模块可使用业界惯用的电压检测器10或电压传感器等类似的电压检测模块来侦测光伏组件的初始电压、亦可用其他电压检测器或电压传感器等类似的电压检测模块来侦测第一设备的输出电压。可使用电流检测器11或电流传感器等类似的电流检测模块来侦测光伏组件的初始电流、亦可用其他电流检测器或电流传感器等类似的电流检测模块来侦测第一设备的输出电流。光伏组件的初始电压和初始电流是输送给半桥变换器而半桥变换器输出电压和输出电流是输送给母线的。数据采集模块也可以包括温度传感器以用于监测光伏组件所处的环境温度、或者包括光照辐射度测量仪以用于监测光伏组件所处的周边环境的太阳光照的有效照度。目标数据亦可称为工作参数，其数据类型包括但不限制于光伏组件的电压、电流、温度、输出功率、有效光照辐射等。
参见图4，光伏组件P1-PN中的每个光伏组件均配置有一半桥变换器。半桥变换器又称隔离型调整器而且以降压转换电路、升压转换电路、升降压转换电路等开关电源电路拓扑最为常见。第一设备JN之控制器200往往是被设计成驱动芯片的形式，控制器驱动半桥变换器或半桥电路将从光伏组件PN吸取到的输入电压转换成输出电压，半桥变换器又称功率级电路而控制器200又称电源控制器，控制器200在业界最常见的就是管理开关电源的各类电源管理控制器或电源管理芯片。
参见图4，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4，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被提出来了。扰动观察法原理主要是测量当前阵列功率，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的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或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5，光伏组件的功率电压PW-VP曲线如图所示，光伏组件的输出特性是非线性的直流电源。在光照强度E1-E5几个辐射等级下光伏组件的功率-电压曲线也不相同并且大致归纳为：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则光伏组件输出的初始功率越大；反之输出功率越小。
参见图5，光照强度E1-E5中每个辐射等级下对应的功率-电压曲线均包含一个组件的最大功率点，如图所示，不同功率-电压曲线的最大功率点连接起来构成了最大功率点组合曲线PMX而光照强度变化如遮挡会导致光伏组件最大功率点改变，半桥变换器需在组合曲线PMP上去追踪最大功率点。光伏组件的输出特性还在于短路电流随着光照强度的变化而变化，光越强短路电流越大。光伏组件输出特性与温度也有关，表现为温度越高则短路电流略微变大，开路电压降低及最大输出功率越小。
参见图6，第一设备JN包括控制器200。当前诸多类型的控制器200自带有可收集前述目标数据的数据采集模块。例如控制器200也称之为处理器且允许它自带温度传感器或电压电流检测模块等功能。倘若控制器200不带数据采集模块则可为其配置额外的数据采集模块来收集目标数据。通常控制器200获知了目标数据等参数信息后就可以通过控制配套的通信模块300将目标数据予以发送出去。通信模块300之通信机制如包括有线通信和无线通信两大类型：譬如可采用WIFI、ZIGBEE、433MHZ通信和红外或蓝牙等一切现有的无线通信方案，还例如刻意采用电力线载波通信的方案。在本申请的可选实施例中图中通信模块300包括载波调制解调器。电力线载波调制解调器是以电力线载波的方式在母线传输目标数据。图示的耦合元件COP将载波调制解调器所发出的电力线载波耦合到母线上，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母线或母线支路上作为母线的一部分，载波通过原边和副边的耦合作用而输送传递到到母线上。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或母线支路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电源母线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等都是本申请的可选方案。总的原则是控制器将目标数据输送给通信模块并由通信模块通过有线或无线手段传给数据接收方，而来自外部的通信数据或指令被控制器及配套的通信模块予以捕获。。
参见图6，光伏组件P1-PN中的每个光伏组件均配置有一半桥变换器，但是此时的半桥变换器不只是简单的电压转换，而是具备功率优化功能所以又称优化器。每个功率优化器用于将与之对应的光伏组件的初始电流和初始电压设置在最大功率点处。例如图示的某个第一设备J1如半桥变换器将与之对应的光伏组件P1设在最大功率点，例如图示的某个第一设备J2如半桥变换器将与之对应的光伏组件P2设在最大功率点，例如图示的某个第一设备JN如半桥变换器将与之对应的光伏组件PN设在最大功率点。半桥变换器对光伏组件实现功率优化的作用，在本范例中第一设备JN之控制器200可用于操作半桥变换器执行升压或降压或升降压等电压转换动作，目的是将光伏组件的初始电流和初始电压也即第一设备的输入电压和输入电流设置成光伏组件PN的最大的功率点。所以第一设备还可以具备功率管理功能以实现光伏组件发电效率的最大化。
参见图6，关于有线通信和无线通信，考虑到光伏组件所处的地理环境是建筑物屋顶或荒漠地带或荒郊野岭等较为恶劣的位置，无线通信通常会带来较高的额外开支成本并且在持久性的可靠性方面也处于劣势，毕竟光伏组件的普遍寿命高达二十多年，所以主节点和从节点以及从节点和从节点之间的通信采用电力线载波是较佳的选择方案。允许不同的第一设备发出的载波信号频率不同。关断控制模块400或第二设备100是典型的主节点而各个第一设备则是典型的从节点。
参见图6，第一设备JN等包括控制器200和通信模块300，还允许带有配套的用于从母线处感应电力线载波信号的载波信号耦合元件COP。注意第一设备可在光伏组件处将电力线载波信号发送和加载到母线上，第二设备则是感应和扑捉从母线上返回至第二设备处的电力线载波信号。通信模块及耦合元件有时候集成在一起，如它们包括罗氏空心线圈传感器或高频传感器、编解码器或分流器等类型中的任意一种。值得阐明的是第二设备也和前述第一设备一样：具备有线或者无线通信的数据接收功能。同样如此的是第二设备也和前述第一设备一样：具备有线或者无线通信的数据发送功能。例如第二设备主动轮询不同的各第一设备并要求各第一设备收到轮询信号时，务必将自身采集和保存的目标数据返回给该第二设备，第二设备相当于一个主节点而各第一设备相当于从节点。第一设备在本范例中是以半桥变换器作为可选范例来阐释和说明，当然第一设备和第二设备在前文具备的有线通信功能和无线通信功能同样适用于本范例。另外第二设备可在直流母线处将电力线载波信号发送和加载到母线上，第一设备则是感应和扑捉从母线上传递至第一设备处的电力线载波信号。主节点和从节点可相互向对方发数据或电力线载波信号。
参见图6，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第一设备JN如关断装置为例。第一设备JN如关断装置的电路期望实现的关断管理目标是判断光伏组件是否有必要及时关断：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。尽管组件关断装置是以实现关断功能的组件关断装置为例来叙述说明，事实上组件关断装置在功能上至少集成了数据采集功能和组件关断功能。关于组件关断功能的解释：第一设备JN如半桥变换器可将与之相对应的光伏组件PN从母线断开并不向母线供电，第一设备JN如半桥变换器或将处断开状态的光伏组件PN重新恢复接入到母线上而再次向母线供电。
参见图6，第二设备100读取光伏组件P1-PN各自的目标数据如输给半桥的电压值和输给半桥的电流值的方式为：由第二设备100依次轮询诸多光伏组件P1-PN它们所对应的系列第一设备J1-JN，当第二设备100轮询到任意一个第一设备如JN时，而被询问的第一设备如JN需返回与之对应的光伏组件PN的目标数据给第二设备100。现在举例来说明这种数据读取方式：第二设备100之控制器在去询问第一设备如J1时则该被询问的第一设备如J1之控制器200返回光伏组件P1目标数据给第二设备控制器。继续举例来说明这种数据读取方式：第二设备100之控制器在去询问第一设备如J2时则该被询问的第一设备如J2之控制器200返回光伏组件P2目标数据给第二设备控制器。总而言之这种数据读取可以认为是：由第二设备即主节点配置的控制器依次轮询各个第一设备即从节点各自所配置的控制器，在第二设备轮询任意一个第一设备时，被询问的第一设备的控制器返回与之对应的一个光伏组件的目标数据如输给半桥的电压值和输给半桥的电流值给第二设备配置的控制器。为了避免混淆可称第一设备的控制器为第一控制器以及其通信模块可称为第一通信模块，与此同时，还可称第二设备的控制器为第二控制器以及其通信模块可称为第二通信模块。控制器的其他替代物是：现场可编程逻辑门阵列或复杂可编程逻辑器件或现场可编程模拟门阵列或半定制的ASIC或处理器或微处理器或数字信号处理器或集成电路或存储于存储器的软件固件程序等。签署轮询的数据读取方式除了适用于图示的光伏接线盒外还适用于关断装置或功率优化器或电压转换器等。
参见图6，若第一设备和第二设备之间的通信模式采用电力线载波通信，则携带有电压值或电流值等目标数据的电力线载波信号会通过母线这种媒介来进行传播。半桥变换器还具关断功能，关断控制模块400向作为范例的第一设备JN下达所谓接入的指令的模式采纳以下方案：关断控制模块400在控制所述的第一设备JN处于正常运行状态而确保对应的电池组件PN应能够贡献初级功率部分的时候，需要不间断或至少是间歇性或周期性的向第一设备JN发送激励脉冲或电力线载波信号，控制器200由通信模块300接收到母线上的激励脉冲或载波信号时就认为需要控制第一设备JN处于正常的工作状态并使其对该电池组件PN执行正常的电压转换和功率优化。相对立的下达所谓关断的指令的模式采纳以下方案：关断控制模块400在控制所述的第一设备JN处于关断状态而要求禁用对应的电池组件PN的时候，作为对比，此时无需再不间断的或是无需间歇性或无需周期性的向第一设备JN发送激励脉冲或电力线载波信号，控制器200由通信模块300接收不到母线的激励脉冲或载波信号时就认为需要控制第一设备JN处于禁用的工作状态并且不对该电池组件PN执行任何电压转换或者功率优化，如开关Q1/Q2被关断。关断控制模块是否向各个第一设备的配套控制器发送激励脉冲或载波信号，可人为控制，如人为的操作关断控制模块以决定是否向各第一设备的控制器发送激励脉冲或载波信号。半桥变换器将光伏组件与母线实现直流隔离的优势之一是光伏组件的波动电压电流不会干涉到发送给各个第一设备的控制器的激励脉冲或者载波信号，可以降低指令的误判率。
参见图6，并联的多个半桥变换器如第一设备J1-JN，每个半桥变换器如JN从相应的光伏组件如PN撷取电能并转换成自身的输出功率。能量收集装置逆变器INVT对多个半桥变换器第一设备J1-JN提供的输出功率实施功率转换。半桥变换器各自的输出电压输送到相同的母线上B1-B2。每一个半桥变换器如JN同时用于将与之对应的一个光伏组件如光伏组件PN的初始的输出电流和初始的输出电压设置在最大功率点处，在此阶段由半桥变换器如JN将光伏组件PN与母线B1-B2来实现隔离。
参见图6，每个半桥变换器如JN配备有一个控制器200，半桥变换器如JN在所述控制器200的操作控制之下，将与之对应的光伏组件PN设置在最大功率点处。
参见图6，每个半桥变换器如JN配备有一个控制器200，半桥变换器如JN在所述控制器200的操作控制之下，将与之对应的光伏组件PN提供的初始的输出电压执行升压处理以达到母线所需的电压水准。其中母线的电压允许设置成预定的固定值。
参见图4，每个半桥变换器如JN配备有电流检测模块和电压检测模块，电流检测模块用于检测与之对应的一光伏组件PN的输出电流信息或JN输出电流信息，电压检测模块用于检测与之对应的一光伏组件PN的输出电压信息或JN输出电压信息。并将与之对应的光伏组件PN输出电流的信息和输出电压信息提供给配备的控制器200，控制器响应对应光伏组件PN的输出电流和输出电压的变化，通过脉宽调制PWM的方式来动态调节半桥变换器如JN的导通占空比，例如调节开关Q1/Q2的导通占空比，直至对应光伏组件的输出电流和输出电压之乘积最大从而跟踪光伏组件PN的最大功率。
参见图6，每个半桥变换器如JN配备控制器200和配套通信模块300，通信模块用于接收发送给控制器200的指令。当任一半桥变换器例如JN的控制器200，通过通信模块收到了将光伏组件PN关断的指令时，控制器200响应关断的指令而禁用半桥变换器例如所述的第一设备JN，将光伏组件PN从母线断开。如JN的控制器200，通过通信模块收到了将光伏组件PN接入的指令时，控制器200响应接入的指令而启用半桥变换器例如所述的第一设备JN，将光伏组件PN接入到母线。
参见图6，提供多个光伏组件P1-PN和多个半桥变换器如J1-JN。任一半桥变换器例如所述的第一设备JN撷取与之对应的光伏组件PN提供的初始功率。将多个半桥变换器的输出电压并联连接到相同的母线。通过调节占空比的方式(如调节Q1/Q2两者的导通占空比)来调整半桥变换器如JN的等效阻抗，使得任一半桥变换器如JN的等效阻抗趋向于等于与之对应的一个光伏组件PN的等效内阻；任一半桥变换器如JN将与之对应的光伏组件PN的输出电流和输出电压设置在最大功率点的过程中，该任一半桥变换器同时将与之对应的一光伏组件PN与母线实现直流隔离。
参见图6，倘若任意光伏组件发生意外例如完全遮挡或损坏时，余下其它光伏组件仍然可运行在自己的最大功率点，不同光伏组件之间基本上互不干扰。传统的串联式光伏组件功率优化器则无法做到这点，串联式光伏组件中任一光伏组件发生意外时很容易导致余下其它光伏组件损失浪费功率，发生意外的光伏组件处易形成断点。任一光伏组件发生意外时该组件也不会影响到母线。半桥变换器的开关Q1/Q2在高频通断时所需承担的电压也比其它功率优化器要低得多，半桥变换器的开关Q1/Q2可使用软开关技术来执行功率优化而且软开关技术能够极大的减少功率优化动作当中的开关损耗。半桥变换器将光伏组件与母线实现隔离的其它优势：开关Q1/Q2中的每一个接通时，隔离变压器T的初级绕组上的电压是光伏组件提供的初始输出电压的二分之一即一半，开关Q1/Q2高频通断带给隔离变压器T次级侧的电压振荡或振铃的振幅随之也小得多。隔离变压器T次级绕组上的振荡信号幅度变小就意味着振荡信号对激励脉冲或载波信号的影响变小，那么半桥变换器配备的控制器及其通信模块收到的激励脉冲或载波信号出错的几率变低，相当于抑制半桥变换器在执行功率优化动作中所引起的振荡信号，可降低指令的误判率。
参见图6，开关主要包括双极晶体管、金属氧化物场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管等类型的开关。设计功率优化时，开关管的损耗是一个重要指标。降低损耗可以提高光伏系统的效率和功率密度，还可减小散热装置的体积，使得开关电源小型化，延长功率优化器的使用寿命。开关损耗通常分为开通损耗、关断损耗及导通损耗三部分。导通损耗又包括传递能量时的导通损耗和续流电流的导通损耗两部分。硬开关是指在开关管两端电压和电流没有降到零时导通和截止，因此会产生较大的开通损耗和关断损耗。
参见图6，软开关分为零电压开关ZVS和零电流开关ZCS。ZVS指在开关管开通前使其两端电压下降到零，ZVS的开通损耗基本上可以减小到零。ZCS指在开关管关断前使其电流下降为零附近，ZCS的关断损耗基本上可以减小到零。开关Q1/Q2使用软开关技术来执行功率优化能极大减少功率优化动作当中的开关损耗。开关Q1/Q2各自承受的耐压仅仅只是光伏组件的初始输出电压的一半，这更有益于减少开关损耗。本文在下文内容会介绍软开关模式中：ZVS(Zero Voltage Switching)的可选范例。
参见图7，半桥LLC谐振变换器也称非对称半桥LLC谐振变换器，可以对前文记载的半桥变换器进行局部变形来得到图示的非对称半桥LLC谐振变换器。
参见图7，半桥LLC谐振变换器如包括串联在第N级光伏组件PN的正极和负极之间的开关Q1和开关Q2。开关Q1/Q2两者的互连节点与该光伏组件PN负极之间串联耦合有电容CS和电感LS及变压器T初级绕组，电感LS允许是额外附加的外部电感或者是变压器T的初级绕组的漏感。变压器T的初级绕组还存在着励磁电感LP。
参见图7，半桥或全桥变换器的开关Q1具有寄生二极管15及电容16，相同的道理半桥或全桥变换器的开关Q2具有寄生二极管25及电容26。开关Q1/Q2的寄生二极管往往是晶体管漏极和源极之间的反向并联二极管或晶体管开关发射极与集电极之间的反向并联二极管。开关Q1/Q2的寄生电容往往是晶体管漏极和源极间的输出电容或晶体管发射极与集电极之间的输出电容。寄生二极管又称体二极管。
参见图7，半桥LLC谐振变换器之软开关：开关Q1导通前电流从开关Q1如金属氧化物半导体场效应晶体管的体二极管(如源极到漏极)内流过，那么该开关Q1的漏极到源极间电压被箝位在接近零伏的水准(如二极管压降)且较低，此时让开关Q1予以导通就可以实现零电压的导通也即所谓零电压开关(ZVS)的模式。事实上零电压开关模式和零电流开关模式属于现有技术，所以本申请不再赘述。
参见图7，桥式变换器选自非对称半桥LLC谐振变换器：桥式变换器如JN在将与之相应的一光伏组件PN的输出电流和输出电压设在最大功率点的过程中，即任一桥式变换器对与之相应的光伏组件执行最大功率优化的过程中，要求所述的任一桥式变换器以软开关的形式来对与之相应的光伏组件执行最大功率优化，并且使所述任一桥式变换器工作在零电压开关(Zero Voltage Switching，简称ZVS)模式。
参见图8，电容C1/C2两者互连于第一节点及开关Q1/Q2两者互连于第二节点则所述半桥变换器之隔离变压器T的初级绕组连接在第一节点与第二节点之间。
参见图8，半桥LLC谐振变换器也可称对称半桥LLC谐振变换器，可以对前文记载的半桥变换器进行局部的变形来得到图示的对称半桥LLC谐振变换器。本范例中谐振变换器是电容分立半桥LLC谐振变换器，其谐振电容的容量较之非对称半桥略低。
参见图8，半桥LLC谐振变换器如包括串联在第N级光伏组件PN的正极和负极之间的开关Q1和开关Q2。电容C1/C2所互连的第一节点与开关Q1/Q2所互连的第二节点间串联耦合有电感LS及变压器T初级绕组。电感LS允许是额外附加的外部电感或者是变压器的初级绕组的漏感。变压器的初级绕组存在着励磁电感LP。
参见图8，半桥LLC谐振变换器之软开关：开关Q1导通前电流从开关Q1如金属氧化物半导体场效应晶体管的体二极管(如源极到漏极)内流过，那么该开关Q1的漏极到源极间电压被箝位在接近零伏的水准(如二极管压降)且较低，此时让开关Q1予以导通就可以实现零电压的导通也即所谓零电压开关(ZVS)的模式。
参见图8，桥式变换器选自于对称半桥LLC谐振变换器：桥式变换器如JN在将与之相应的一光伏组件PN的输出电流和输出电压设在最大功率点的过程中，即任一桥式变换器对与之相应的光伏组件执行最大功率优化的过程中，要求所述的任一桥式变换器以软开关的形式来对与之相应的光伏组件执行最大功率优化，并且使所述任一桥式变换器工作在零电压开关(Zero Voltage Switching，简称ZVS)模式。
参见图8，谐振变换器有多种不同的分类方法，根据负载与谐振电路的连接关系则谐振变换器可分为串联谐振变换器、并联谐振变换器及串并联谐振变换器。LLC谐振变换器就属于所谓串并联谐振变换器。与传统PWM(脉宽调制)变换器不同，LLC谐振变换器允许通过控制开关频率来实现，即所谓PFM(频率调制)来实现控制。若桥式变换器选自于对称半桥LLC谐振变换器或非对称半桥LLC谐振变换器，那么它们配置的控制器响应光伏组件的输出电流和输出电压的变化，通过频率调制的方式来动态调节桥式变换器的导通占空比而跟踪光伏组件的最大功率点。传统脉冲频率调制如通常采用恒定导通时间的调制模式或采用恒定关断时间的调制模式，脉宽或频率调制属现有技术。
参见图9，开关Q3/Q4两者互连于第三节点及开关Q1/Q2两者互连于第二节点则所述全桥变换器之隔离变压器T的初级绕组连接在第三节点与第二节点之间。
参见图9，全桥LLC谐振变换器如包括串联在第N级光伏组件PN的正极和负极之间的开关Q1和开关Q2。谐振变换器如包括串联在第N级光伏组件PN的正极和负极之间的开关Q3和开关Q4。开关Q3/Q4所互连的第三节点与开关Q1/Q2所互连的第二节点间串联耦合有电容CB和电感LS及变压器T初级绕组。电感LS允许是额外附加的外部电感或者是变压器的初级绕组的漏感。变压器的初级绕组存在着励磁电感LP。
参见图9，桥式变换器选自于前述全桥LLC谐振变换器：桥式变换器如JN在将与之相应的一光伏组件PN的输出电流和输出电压设在最大功率点的过程中，即任一桥式变换器对与之相应的光伏组件执行最大功率优化的过程中，要求所述的任一桥式变换器以软开关的形式来对与之相应的光伏组件执行最大功率优化，并且使所述任一桥式变换器工作在零电压开关(Zero Voltage Switching，简称ZVS)模式。全桥LLC谐振变换器中若取消所谓的电感LS和相关的谐振电路就变形成了传统的全桥变换器。图4和图6的范例在前文使用到的所有技术方案还适用于图7至图9的实施例。另外桥式变换器的零电压软开关技术和零电流软开关技术是属于现有技术的范畴，本申请不再赘述。
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，上述申请内容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当看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围之内的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 (12)

1.一种光伏组件功率优化系统，其特征在于，包括：
多个光伏组件；
并联连接的多个桥式变换器，每个桥式变换器从相应的一个光伏组件撷取电能并转换成自身的输出功率；
对多个桥式变换器提供的输出功率实施功率转换并产生交流电的逆变器；
多个桥式变换器各自的输出电压均输送到相同的母线上；
每一个桥式变换器同时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，在此阶段由桥式变换器将光伏组件与母线实现直流隔离。
2.根据权利要求1所述的光伏组件功率优化系统，其特征在于：
桥式变换器选自于半桥变换器、对称半桥LLC谐振变换器、非对称半桥LLC谐振变换器、全桥变换器、全桥LLC谐振变换器中任意之一。
3.根据权利要求1所述的光伏组件功率优化系统，其特征在于：
每个桥式变换器配备有一个控制器，桥式变换器在控制器的操作控制之下，将与之对应的一个光伏组件设置在最大功率点处。
4.根据权利要求1所述的光伏组件功率优化系统，其特征在于：
每个桥式变换器配备有一个控制器，桥式变换器在控制器的操作控制之下，将与之对应的一个光伏组件提供的初始的输出电压执行升压处理。
5.根据权利要求3所述的光伏组件功率优化系统，其特征在于：
每个桥式变换器皆配备有电流检测模块和电压检测模块，用于检测与之对应的一个光伏组件的输出电流的信息和输出电压的信息，并将输出电流的信息和输出电压的信息提供给其配备的一个控制器；
控制器响应光伏组件的输出电流和输出电压的变化，通过脉宽调制的方式来动态调节桥式变换器的导通占空比，从而跟踪光伏组件的最大功率点。
6.根据权利要求1所述的光伏组件功率优化系统，其特征在于：
母线的电压设置成预定的固定值。
7.根据权利要求1所述的光伏组件功率优化系统，其特征在于：
每个桥式变换器配备有一个控制器和一个配套的通信模块，通信模块用于接收发送给控制器的指令；
当任一桥式变换器的控制器通过通信模块收到了将光伏组件关断的指令时，其响应关断的指令而禁用桥式变换器，以将对应的一个光伏组件从母线上断开；或者
当任一桥式变换器的控制器通过通信模块收到了将光伏组件接入的指令时，其响应接入的指令而启用桥式变换器，以将对应的一个光伏组件接入到母线上。
8.根据权利要求7所述的光伏组件功率优化系统，其特征在于：
以耦合到母线上的电力线载波的形式发送所述指令。
9.一种光伏组件功率优化方法，其特征在于，包括：
将多个桥式变换器设置成并联连接以向相同的母线供电；
将多个光伏组件中的每一个连到相应的一个桥式变换器；
由母线向一个逆变器供电；
任一桥式变换器均配备有一个控制器；
任一桥式变换器在其配备的控制器的操作控制之下，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在最大功率点处，此时籍由该任一桥式变换器将与之对应的一个光伏组件与母线实现直流隔离。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：
桥式变换器选自于对称半桥LLC谐振变换器或非对称半桥LLC谐振变换器；
任一桥式变换器以软开关的形式来对与之相应的光伏组件执行最大功率优化，并且使所述任一桥式变换器工作在零电压开关(ZVS)模式。
11.一种光伏组件功率优化方法，其特征在于，包括：
提供多个光伏组件和多个桥式变换器；
将每一个光伏组件的初始功率作为相应一个桥式变换器的输入功率；
将多个桥式变换器的输出电压并联连接到相同的母线上；
将母线上的电压设置成预定的固定值；
通过跟踪每个光伏组件的最大功率点而单独控制每个光伏组件的初始功率，并通过脉宽调制的方式来动态调节桥式变换器的导通占空比，从而跟踪光伏组件的最大功率点；
任一桥式变换器在将与之对应的一个光伏组件的输出电流和输出电压设在最大功率点的过程中，该任一桥式变换器同时将与之对应的一个光伏组件与母线实现直流隔离。
12.一种光伏组件功率优化方法，其特征在于，包括：
提供多个光伏组件和多个桥式变换器；
任一桥式变换器撷取与之对应的一个光伏组件所提供的初始功率；
将多个桥式变换器的输出电压并联连接到相同的母线上；
通过调节占空比的方式来调整桥式变换器的等效阻抗，使得任一桥式变换器的等效阻抗趋向于等于与之对应的一个光伏组件的等效内阻；以及
任一桥式变换器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的过程中，该任一桥式变换器同时将与之对应的一个光伏组件与母线实现直流隔离。
CN202110630390.0A 2021-06-07 2021-06-07 光伏组件功率优化系统及功率优化方法 Active CN113224798B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110630390.0A CN113224798B (zh) 2021-06-07 2021-06-07 光伏组件功率优化系统及功率优化方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110630390.0A CN113224798B (zh) 2021-06-07 2021-06-07 光伏组件功率优化系统及功率优化方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113224798A true CN113224798A (zh) 2021-08-06
CN113224798B CN113224798B (zh) 2022-10-14

Family

ID=77083067

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110630390.0A Active CN113224798B (zh) 2021-06-07 2021-06-07 光伏组件功率优化系统及功率优化方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113224798B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115663907A (zh) * 2022-12-29 2023-01-31 深圳市中旭新能源有限公司 基于双工作模式asic芯片控制安全的光伏装置与发电系统

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120081934A1 (en) * 2011-11-01 2012-04-05 Paul Garrity Photovoltaic power conditioning units
CN103580485A (zh) * 2012-08-10 2014-02-12 盈威力新能源科技(上海)有限公司 一种多个独立输入单一输出的直流-直流变换器
CN103580057A (zh) * 2012-08-10 2014-02-12 盈威力新能源科技(上海)有限公司 一种分布式光伏发电的三相并网系统
CN204349909U (zh) * 2015-01-26 2015-05-20 深圳市永联科技有限公司 一种高效率的光伏组件功率优化器及使用该优化器的光伏阵列
CN105743432A (zh) * 2015-11-19 2016-07-06 中民新能投资有限公司 一种光伏发电系统及其控制方法
CN106506048A (zh) * 2016-11-11 2017-03-15 上海欣影电力科技股份有限公司 一种基于电感耦合的载波通信耦合电路
CN106941263A (zh) * 2017-04-24 2017-07-11 浙江大学 一种可以实现分布式mppt的集中式光伏发电系统
CN110021955A (zh) * 2018-01-08 2019-07-16 丰郅(上海)新能源科技有限公司 集成储能功能的光伏发电系统及动态平衡电能的方法
CN209593292U (zh) * 2019-05-16 2019-11-05 池州学院 一种单相光伏并网发电系统
CN111313714A (zh) * 2020-02-28 2020-06-19 中车青岛四方车辆研究所有限公司 全桥llc谐振变换器谐振频率跟踪方法及系统
WO2020133056A1 (en) * 2018-12-27 2020-07-02 Abb Schweiz Ag Central and distributed photovoltaic power plant and control system therefor

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120081934A1 (en) * 2011-11-01 2012-04-05 Paul Garrity Photovoltaic power conditioning units
CN103580485A (zh) * 2012-08-10 2014-02-12 盈威力新能源科技(上海)有限公司 一种多个独立输入单一输出的直流-直流变换器
CN103580057A (zh) * 2012-08-10 2014-02-12 盈威力新能源科技(上海)有限公司 一种分布式光伏发电的三相并网系统
CN204349909U (zh) * 2015-01-26 2015-05-20 深圳市永联科技有限公司 一种高效率的光伏组件功率优化器及使用该优化器的光伏阵列
CN105743432A (zh) * 2015-11-19 2016-07-06 中民新能投资有限公司 一种光伏发电系统及其控制方法
CN106506048A (zh) * 2016-11-11 2017-03-15 上海欣影电力科技股份有限公司 一种基于电感耦合的载波通信耦合电路
CN106941263A (zh) * 2017-04-24 2017-07-11 浙江大学 一种可以实现分布式mppt的集中式光伏发电系统
CN110021955A (zh) * 2018-01-08 2019-07-16 丰郅(上海)新能源科技有限公司 集成储能功能的光伏发电系统及动态平衡电能的方法
WO2020133056A1 (en) * 2018-12-27 2020-07-02 Abb Schweiz Ag Central and distributed photovoltaic power plant and control system therefor
CN209593292U (zh) * 2019-05-16 2019-11-05 池州学院 一种单相光伏并网发电系统
CN111313714A (zh) * 2020-02-28 2020-06-19 中车青岛四方车辆研究所有限公司 全桥llc谐振变换器谐振频率跟踪方法及系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115663907A (zh) * 2022-12-29 2023-01-31 深圳市中旭新能源有限公司 基于双工作模式asic芯片控制安全的光伏装置与发电系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN113224798B (zh) 2022-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101698771B1 (ko) 배터리 온도 제어 시스템 및 그 제어 방법
TW201014146A (en) System and method for an array of intelligent inverters
CN102812610B (zh) 控制装置和控制方法
US20120098344A1 (en) Photovoltaic units, methods of operating photovoltaic units and controllers therefor
KR20140097628A (ko) 배터리 온도 제어 시스템 및 그 제어 방법
CN108988313A (zh) 用于电力系统的互连元件的系统和方法
CN103138291A (zh) 一种风力发电智能单相并网控制器
CN108092601A (zh) 光伏储能逆变一体化系统
KR20120075970A (ko) 태양광 처리 장치 및 방법
CN109428545A (zh) 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
CN101847876A (zh) 一种三相光伏并网逆变系统
CN109286235B (zh) 一种电力系统监测设备的供电系统
CN111817666B (zh) 应用于光伏组件智能管理的电路及其启动方法
KR20070009497A (ko) 절연형 직류발전 모듈이 구성된 태양광 발전장치 및 그태양광 발전장치가 구비된 태양광 발전 관리시스템
CN109428544A (zh) 在电池串组中实现将光伏组件接入或移除的切换方法
CN217087856U (zh) 集成接线盒的光伏组件
CN113224798B (zh) 光伏组件功率优化系统及功率优化方法
Yang et al. A distributed multimode control strategy for the cascaded DC–DC converter applied to MVAC grid-tied PV system
CN208015589U (zh) 电力能源利用系统
CN204243785U (zh) 一种分布式光伏发电微网系统
CN109391223B (zh) 可分时段收发数据的光伏发电系统及其收发数据的方法
Ghosh et al. PV-battery system with wireless power transfer for LV applications
Ghosh et al. Integration of rooftop solar PV generation with wireless power transfer
Xiao et al. Transformerless Photovoltaic Grid-Connected Inverters
CN112821353B (zh) 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

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant