CN117559803A - 直流变换器以及光伏系统 - Google Patents

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CN117559803A CN202311374279.5A CN202311374279A CN117559803A CN 117559803 A CN117559803 A CN 117559803A CN 202311374279 A CN202311374279 A CN 202311374279A CN 117559803 A CN117559803 A CN 117559803A
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Abstract

本申请提供一种直流变换器以及光伏系统，直流变换电路的输入端与辅助电源的输入端并联后作为直流变换器的输入端，直流变换器的输入端用于连接直流电源，辅助电源的输出端连接安全电压输出电路的输入端，安全电压输出电路的输出端与直流变换电路的输出端并联后作为直流变换器的输出端。辅助电源用于在直流变换电路未进行电压转换的情况下，基于直流电源提供的第一电压向安全电压输出电路输出第二电压。安全电压输出电路用于基于第二电压输出安全电压。安全电压用于与预设安全电压阈值进行比较，从而确定直流变换器与直流电源之间的接线状态。在本申请中，可减小直流变换器的输出端的安全电压的检测误差，提高了接线异常检测的精准度。

Description

直流变换器以及光伏系统
技术领域
本申请涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种直流变换器以及光伏系统。
背景技术
光伏优化器是一种直流输入且直流输出的组件级电力电子设备，用于将光伏组件提供的直流电进行电压转换后输出。通常来说，光伏优化器会采取预测电流与电压技术来解决光伏组件由于阴影遮挡、朝向不一致或组件电气规格差异而对光伏系统的发电量造成的影响，实现光伏组件的最大功率输出，从而提升了光伏系统的发电量。
在光伏系统发电的过程中，当光伏优化器与光伏组件之间的接线出现异常时，会导致光伏优化器无法向外输出直流电，光伏优化器的供电可靠性差。因此，为了避免因为光伏优化器的接线异常问题而对光伏优化器的供电可靠性造成的影响，如何提前识别光伏优化器与光伏组件之间的接线是否异常变得尤为重要。
发明内容
本申请提供一种直流变换器以及光伏系统，可减小直流变换器的输出端的安全电压的检测误差，从而提高了接线异常检测的精准度，适用性强。
第一方面，本申请提供一种直流变换器，该直流变换器包括直流变换电路、辅助电源以及安全电压输出电路，其中，直流变换电路的输入端与辅助电源的输入端并联后作为直流变换器的输入端，直流变换器的输入端用于连接直流电源，辅助电源的输出端连接安全电压输出电路的输入端，安全电压输出电路的输出端与直流变换电路的输出端并联后作为直流变换器的输出端。辅助电源用于在直流变换电路未进行电压转换的情况下，基于直流电源提供的第一电压向安全电压输出电路输出第二电压，其中，第二电压小于第一电压。由于辅助电源可以向外输出稳定的电能，因此第二电压的电压幅值基本不变。进一步地，安全电压输出电路用于基于第二电压输出安全电压，即此时直流变换器的输出端的电压为安全电压，其中，安全电压小于第二电压。该安全电压用于与预设安全电压阈值进行比较，从而确定直流变换器与直流电源之间的接线状态。具体实现中，当安全电压等于预设安全电压阈值时，直流变换器与直流电源之间的接线状态为正常状态。而当安全电压小于预设安全电压阈值时，直流变换器与直流电源之间的接线状态为异常状态。其中，该预设安全电压阈值为安全电压的理论值。
实施本申请实施例，由于第二电压的电压幅值基本不变且安全电压输出电路的输出电压精度高，因此安全电压的电压幅值也基本不变，此时直流变换器的输出端的安全电压没有电压纹波或者电压纹波很小，从而减小了直流变换器的输出端的安全电压的检测误差，进而提高了接线异常检测的精准度，适用性强。另外，可在直流变换电路未进行电压转换的情况下提前识别直流变换器与直流电源之间的接线状态，从而保证直流变换器可以持续向外输出直流电，进而提高了直流变换器的供电可靠性。
结合第一方面，在一种可能的实施方式中，当直流变换电路的输出端包括第一输出端和第二输出端，安全电压输出电路包括分压电路和开关时，分压电路的第一连接端连接辅助电源的输出端，分压电路的第二连接端连接直流变换电路的第一输出端，分压电路的第三连接端连接直流变换电路的第二输出端。上述开关可以设置在分压电路的第一连接端和辅助电源的输出端之间，或者，开关还可以设置在分压电路的第二连接端和直流变换电路的第一输出端之间，在此不对开关的具体电路位置进行限制。上述直流变换器还包括控制器，用于在直流变换电路未进行电压转换的情况下控制开关处于导通状态(即常通)，以使分压电路对第二电压进行分压并输出安全电压，此时安全电压输出电路处于工作状态。实施本申请实施例，可控制开关常通来使分压电路向外输出稳定的安全电压，因此在理想情况下直流变换器的输出端的安全电压的电压幅值基本不变，从而减小了安全电压的检测误差，进而提高了接线异常检测的精准度，适用性强。
结合第一方面，在一种可能的实施方式中，上述控制器用于在未接收到直流变换器的开机指令的情况下，控制开关处于导通状态，从而使分压电路向外输出稳定的安全电压，从而减小了安全电压的检测误差，进而提高了接线异常检测的精准度，适用性强。
结合第一方面，在一种可能的实施方式中，上述控制器还用于在接收到直流变换器的开机指令的情况下，控制开关处于关断状态。此时，安全电压输出电路会停止输出安全电压并断开辅助电源和直流变换电路之间的连接，从而避免直流变换电路在工作时受到辅助电源的信号干扰，还可以避免直流变换电路输出的大功率电流流过辅助电源从而烧坏辅助电源，安全性更高，适用性更强。
结合第一方面，在一种可能的实施方式中，在直流变换电路的输出端包括第一输出端和第二输出端，安全电压输出电路包括分压电路和电源芯片的情况下，分压电路的第一连接端通过电源芯片连接辅助电源的输出端，分压电路的第二连接端连接直流变换电路的第一输出端，分压电路的第三连接端连接直流变换电路的第二输出端。上述直流变换器还包括控制器，用于在直流变换电路未进行电压转换的情况下向电源芯片下发第一使能信号。此时，电源芯片用于响应于第一使能信号，向分压电路输出第二电压，从而使得分压电路对第二电压进行分压并输出安全电压，此时安全电压输出电路处于工作状态。其中，第一电平可以是高电平或者低电平，在此不作具体限制。实施本申请实施例，可通过电源芯片的使能来控制分压电路向外输出稳定的安全电压，从而减小了安全电压的检测误差，进而提高了接线异常检测的精准度，适用性强。
结合第一方面，在一种可能的实施方式中，上述控制器用于在接收到直流变换器的开机指令的情况下，向电源芯片下发第二使能信号。此时，电源芯片用于响应于第二使能信号，停止向分压电路输出第二电压。此时，安全电压输出电路会停止输出安全电压并断开辅助电源和直流变换电路之间的连接，从而避免直流变换电路在工作时受到辅助电源的信号干扰，还可以避免直流变换电路输出的大功率电流流过辅助电源从而烧坏辅助电源，安全性更高，适用性更强。
结合第一方面，在一种可能的实施方式中，上述第一使能信号为第一电平，第二使能信号为第二电平，其中，第一电平和第二电平为相对电平。具体实现中，当第一电平为高电平时第二电平为低电平，或者，当第一电平为低电平时第二电平为高电平。
结合第一方面，在一种可能的实施方式中，上述安全电压输出电路还包括保护电路，其中，保护电路可以设置在分压电路的第二连接端和直流变换电路的第一输出端之间，在安全电压输出电路还包括上述开关的情况下，保护电路和开关可以串联在分压电路的第二连接端和直流变换电路的第一输出端之间。上述保护电路用于对分压电路进行电路保护，该电路保护主要是保护分压电路中的分压电阻在受到过压、过流、浪涌以及电磁干扰等情况下不受损坏，从而保证分压电阻的使用安全性并延长使用寿命，适用性更强。
结合第一方面，在一种可能的实施方式中，上述保护电路包括限流电阻或者二极管，其中，限流电阻或者二极管设置在分压电路的第二连接端和直流变换电路的第一输出端之间，从而实现分压电路的限流保护或者过压保护。在直流变换电路工作的情况下直流变换电路的输出电流较大，该限流电阻用于限制流过分压电路的电流大小，从而避免直流变换电路向分压电路输出大电流从而烧坏分压电阻，使用安全性更高。在直流变换电路工作的情况下直流变换电路的输出电压较高，此时二极管处于截止状态，从而避免直流变换电路向分压电路输出高电压而导致分压电阻失效，延长了分压电阻的使用寿命。
结合第一方面，在一种可能的实施方式中，上述保护电路包括限流电阻和二极管，其中，限流电阻和二极管串联在分压电路的第二连接端和直流变换电路的第一输出端之间，从而实现分压电路的限流保护和过压保护。
结合第一方面，在一种可能的实施方式中，上述直流变换器还包括控制器，用于在接收到直流变换器的开机指令的情况下，控制直流变换电路对第一电压进行电压转换后输出，从而保证直流变换器输出稳定的直流电，供电可靠性更高。
第二方面，本申请提供一种光伏系统，该光伏系统包括多个如上述第一方面及其可能的实施方式中任一种提供的直流变换器以及光伏逆变器。其中，多个直流变换器中的每个直流变换器的输入端用于连接光伏组件，多个直流变换器的输出端串联后连接光伏逆变器的输入端，光伏逆变器的输出端用于连接电网。在多个直流变换器中的直流变换电路进行电压转换的情况下，每个直流变换器中的直流变换电路用于对每个直流变换器连接的光伏组件提供的直流电进行电压转换后输出第一电压，其中，多个直流变换器中的任意两个直流变换器输出的第一电压可以相同，也可以不同。此时，光伏逆变器用于将多个直流变换器的第一串联电压逆变为交流电压并向电网供电，其中，第一串联电压为多个直流变换器的输出端的第一电压的总和。
在多个直流变换器中的直流变换电路未进行电压转换的情况下，多个直流变换器的输出端串联后输出第二串联电压，其中，第二串联电压为多个直流变换器的输出端的安全电压的总和。当第二串联电压等于预设安全电压阈值与多个直流变换器的数量的乘积时，多个直流变换器中的所有直流变换器的接线状态为正常状态。而当第二串联电压小于预设安全电压阈值与多个直流变换器的数量的乘积时，多个直流变换器中的部分直流变换器或者所有直流变换器的接线状态为异常状态。该异常状态包括直流变换器与其连接的光伏组件之间的接线断开或者接触不良，直流变换器的输出端的负极与相邻直流变换器的输出端的负极连接，直流变换器的输出端的正极与相邻直流变换器的输出端的正极连接，以及直流变换器与光伏逆变器之间的接线断开或者接触不良中的至少一种。实施本申请实施例，由于安全电压的电压幅值基本不变，因此可减小每个直流变换器的输出端的安全电压的检测误差，从而减小多个直流变换器的输出端的安全电压的总和(即第二串联电压)的检测误差，进而提高了接线异常检测的精准度，光伏系统的供电可靠性更高。
在本申请中，由于第二电压的电压幅值基本不变且安全电压输出电路的输出电压精度高，因此安全电压的电压幅值也基本不变，此时直流变换器的输出端的安全电压没有电压纹波或者电压纹波很小，从而减小了直流变换器的输出端的安全电压的检测误差，进而提高了接线异常检测的精准度，适用性强。另外，可在直流变换电路未进行电压转换的情况下提前识别直流变换器与直流电源之间的接线状态，从而保证直流变换器可以持续向外输出直流电，进而提高了直流变换器的供电可靠性。
附图说明
图1是本申请提供的光伏系统的应用场景示意图；
图2是本申请提供的直流变换器的结构框图；
图3A是本申请提供的直流变换器的一种电路结构示意图；
图3B是本申请提供的直流变换器的另一种电路结构示意图；
图3C是本申请提供的直流变换器的另一种电路结构示意图；
图4A是本申请提供的直流变换器的另一种电路结构示意图；
图4B是本申请提供的直流变换器的另一种电路结构示意图；
图4C是本申请提供的直流变换器的另一种电路结构示意图；
图5是本申请提供的光伏系统的结构框图。
具体实施方式
本申请提供的直流变换器适用于新能源智能微网领域、输配电领域或者新能源领域、光伏发电领域、风力发电领域、储能发电领域、大功率变换器领域等多种应用领域，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。本申请提供的直流变换器可适配不同的应用场景，比如，光伏供电应用场景、储能供电应用场景或者其它应用场景。在光伏供电应用场景下，直流变换器为光伏优化器且直流电源为光伏组件。在储能供电应用场景下，直流变换器为电池优化器且直流电源为储能电池包，或者直流变换器为电池簇控制器且直流电源为储能电池簇。下面将以光伏供电应用场景为例进行说明，以下不再赘述。
参见图1，图1是本申请提供的光伏系统的应用场景示意图。在光伏供电应用场景下，直流变换器为光伏优化器且直流电源为光伏组件，如图1所示，光伏系统包括光伏组件10a至光伏组件10n、光伏优化器11a至光伏优化器11n以及光伏逆变器12。其中，光伏组件10a至光伏组件10n与光伏优化器11a至光伏优化器11n一一对应并进行连接。示例性的，光伏优化器11a的输入端用于连接光伏组件10a，光伏优化器11b的输入端用于连接光伏组件10b，……，光伏优化器11n的输入端用于连接光伏组件10n，光伏优化器11a至光伏优化器11n的输出端串联后连接光伏逆变器12的输入端，光伏逆变器12的输出端用于连接电网13。在光伏优化器11a至光伏优化器11n中的直流变换电路进行电压转换的情况下，光伏优化器11a至光伏优化器11n用于将光伏组件10a至光伏组件10n提供的直流电分别进行电压转换后输出第一电压。光伏逆变器12用于将光伏优化器11a至光伏优化器11n的第一串联电压逆变为交流电压并向电网13供电，其中，第一串联电压为光伏优化器11a至光伏优化器11n的输出端的第一电压的总和。应当理解，当光伏优化器11a至光伏优化器11n中的直流变换电路进行电压转换，且光伏优化器11a至光伏优化器11n中的辅助电源和新增的安全电压输出电路未工作时，光伏优化器11a至光伏优化器11n的输出端的串联电压为第一串联电压。
然而，当光伏优化器11a至光伏优化器11n中的任一光伏优化器与其连接的光伏组件之间的接线出现异常时，任一光伏优化器无法向外输出第一电压，导致光伏优化器11a至光伏优化器11n输出到光伏逆变器12的第一串联电压减小甚至为零，从而导致光伏逆变器12的实际发电量大幅度降低，即光伏系统的实际发电量大幅度降低。因此，在光伏优化器11a至光伏优化器11n未进行电压转换的情况下，通常会提前识别光伏优化器11a至光伏优化器11n及其连接的光伏组件之间的接线状态是否为异常状态。
在光伏优化器11a至光伏优化器11n中的直流变换电路未进行电压转换的情况下，光伏优化器11a至光伏优化器11n的输出端串联后输出第二串联电压，该第二串联电压为光伏优化器11a至光伏优化器11n的输出端的安全电压的总和。其中，安全电压由光伏优化器内部新增的安全电压输出电路(图1中未示出)基于辅助电源输出的电压得到，并且安全电压的电压幅值基本不变。应当理解，当光伏优化器11a至光伏优化器11n中的直流变换电路未进行电压转换，且光伏优化器11a至光伏优化器11n中的辅助电源和新增的安全电压输出电路工作时，光伏优化器11a至光伏优化器11n的输出端的串联电压为第二串联电压。当第二串联电压等于光伏优化器的预设安全电压阈值与光伏优化器11a至光伏优化器11n的数量n的乘积时，光伏优化器11a至光伏优化器11n的接线状态均为正常状态。而当光伏优化器11a至光伏优化器11n的第二串联电压小于预设安全电压阈值与n的乘积时，光伏优化器11a至光伏优化器11n中的部分直流变换器或者所有直流变换器的接线状态为异常状态。
实施本申请实施例，可提前识别光伏优化器11a至光伏优化器11n的接线状态是否为异常状态，从而保证在光伏系统供电的过程中光伏优化器11a至光伏优化器11n均可以正常输出第一电压，进而提升了光伏系统的发电量，适用性强。
下面将结合图2至图5对本申请提供的直流变换器、光伏系统及其工作原理进行示例说明。
参见图2，图2是本申请提供的直流变换器的结构框图。如图2所示，直流变换器2包括直流变换电路20、辅助电源21以及安全电压输出电路22，其中，直流变换电路20的输入端与辅助电源21的输入端并联后作为直流变换器2的输入端，直流变换器2的输入端用于连接直流电源3，辅助电源21的输出端连接安全电压输出电路22的输入端，安全电压输出电路22的输出端与直流变换电路20的输出端并联后作为直流变换器2的输出端。辅助电源21可以是为直流变换器2中的控制器和驱动电路等提供稳定电能的低压电源，示例性的，辅助电源21输出的电压可以在5V至48V之间。安全电压输出电路22可以将直流变换电路20和辅助电源21分开以使直流变换电路20和辅助电源21独立工作，即直流变换电路20和辅助电源21分别工作时不会受到对方的信号干扰。
在辅助电源21工作的情况下，辅助电源21用于在直流变换电路20未进行电压转换的情况下，基于直流电源3提供的第一电压向安全电压输出电路22输出第二电压。其中，直流变换电路20未进行电压转换可以理解为直流变换电路20不会向外输出直流电。上述第二电压小于第一电压，示例性的，第二电压可以是24V、12V、5V、3.3V以及1.5V中的一种。由于辅助电源21可以向外输出稳定的电能，因此第二电压的电压幅值基本不变。
在安全电压输出电路22工作的情况下，安全电压输出电路22用于基于第二电压输出安全电压Usv，即此时直流变换器2的输出端的电压为安全电压Usv。其中，安全电压Usv小于第二电压，并且安全电压Usv为不高于36V的电压。示例性的，安全电压Usv为1V。该安全电压Usv用于与预设安全电压阈值进行比较，从而确定直流变换器2与直流电源3之间的接线状态。具体实现中，当安全电压Usv等于预设安全电压阈值时，直流变换器2与直流电源3之间的接线状态为正常状态。而当安全电压Usv小于预设安全电压阈值时，直流变换器2与直流电源3之间的接线状态为异常状态，其中，异常状态包括直流变换器2与直流电源3之间的接线断开或者接触不良。示例性的，当安全电压Usv为0，即直流变换器2的输出端检测不到电压时，异常状态为直流变换器2与直流电源3之间的接线断开。而当安全电压Usv大于0且小于预设安全电压阈值时，异常状态为直流变换器2与直流电源3之间的接线接触不良。
其中，该预设安全电压阈值为安全电压Usv的理论值。在理想情况下，预设安全电压阈值为固定电压，而在实际情况下，预设安全电压阈值会在小电压范围a内波动，小电压范围a为(固定电压-固定电压*安全电压输出电路22的输出电压精度)～(固定电压+固定电压*安全电压输出电路22的输出电压精度)。示例性的，安全电压输出电路22的输出电压精度一般在1％以内。应当理解，当安全电压Usv处于上述小电压范围a时，直流变换器2与直流电源3之间的接线状态为正常状态。而当安全电压Usv在上述小电压范围a之外时，直流变换器2与直流电源3之间的接线状态为异常状态。
实施本申请实施例，由于第二电压的电压幅值基本不变且安全电压输出电路22的输出电压精度高，因此安全电压Usv的电压幅值也基本不变，此时直流变换器2的输出端的安全电压Usv没有电压纹波或者电压纹波很小，从而减小了直流变换器2的输出端的安全电压Usv的检测误差，进而提高了接线异常检测的精准度，适用性强。另外，可在直流变换电路20未进行电压转换的情况下提前识别直流变换器2与直流电源3之间的接线状态，从而保证直流变换器2可以持续向外输出直流电，进而提高了直流变换器2的供电可靠性。
在一些可行的实施方式中，在直流变换器2应用在光伏供电应用场景下，直流变换器2为光伏优化器且直流电源3为光伏组件。在直流变换器2应用在储能供电应用场景下，直流变换器2为电池优化器且直流电源3为储能电池包，或者直流变换器2为电池簇控制器且直流电源3为储能电池簇。
在一些可行的实施方式中，直流变换电路20可以是升压电路、降压电路、升降压电路、反激电路、正激电路、推挽电路、半桥电路以及全桥电路中的一种。
在一些可行的实施方式中，以直流变换电路20为降压电路为例进行说明，上述直流变换器2的电路拓扑可以如图3A所示，上述图2所示的直流变换电路20包括开关Q1、开关Q2、电容C1、电容C2、电感L以及二极管D1，直流变换电路20的输出端包括第一输出端和第二输出端。其中，电容C1的两端作为直流变换电路20的输入端，电容C1的一端连接开关Q1的漏极，开关Q1的源极连接开关Q2的漏极和电感L的一端，电感L的另一端连接电容C2的一端和二极管D1的阴极，电容C1的另一端连接开关Q2的源极、电容C2的另一端和二极管D1的阳极，二极管D1的阴极连接直流变换电路20的第一输出端，二极管D1的阳极连接直流变换电路20的第二输出端，在此不对直流变换电路20的具体电路拓扑进行限制。
在一些可行的实施方式中，如图3A所示，上述图2所示的安全电压输出电路22包括分压电路220和开关Q3，分压电路220的第一连接端连接辅助电源21的输出端，分压电路220的第二连接端用于连接直流变换电路20的第一输出端，分压电路220的第三连接端用于连接直流变换电路20的第二输出端。上述开关Q3设置在分压电路220的第二连接端和直流变换电路20的第一输出端之间，此时，分压电路220的第一连接端作为安全电压输出电路22的输入端，开关Q3的漏极和分压电路220的第三连接端作为安全电压输出电路22的输出端。可选的，开关Q3还可以设置在安全电压输出电路22中的其他位置，如图3B所示，开关Q3设置在分压电路220的第一连接端和辅助电源21的输出端之间，此时，开关Q3的漏极作为安全电压输出电路22的输入端，分压电路220的第二连接端和第三连接端作为安全电压输出电路22的输出端。
其中，开关Q3可以是绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolartransistor，可以简称为IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，可以简称为MOSFET)、三级管、继电器、接触器、断路器以及其他类型开关中的任一种开关，示例性的，如图3A所示，开关Q3为MOSFET。
在一些可行的实施方式中，如图3A所示，上述图2所示的直流变换器2还包括控制器23，控制器23与直流变换电路20中的所有开关建立有线通信或者无线通信，从而控制直流变换电路20中的所有开关导通或者关断，从而使得直流变换电路20对直流电源3提供的第一电压进行电压转换后输出。控制器23还可与开关Q3建立有线通信或者无线通信，从而控制开关Q3导通或者关断。
在一些可行的实施方式中，控制器23用于在直流变换电路20未进行电压转换的情况下，控制开关Q3处于导通状态(即常通)，从而使得分压电路220对第二电压进行分压并输出安全电压Usv，此时安全电压输出电路22处于工作状态。示例性的，分压电路220包括分压电阻R1和分压电阻R2，分压电阻R1和分压电阻R2对第二电压进行分压得到安全电压Usv，即Usv为第二电压×R2/(R1+R2)。在开关Q3保持导通状态的情况下，分压电阻R2可以向外输出安全电压Usv。实施本申请实施例，可控制开关Q3常通来使分压电路220向外输出稳定的安全电压Usv，因此在理想情况下直流变换器2的输出端的安全电压Usv的电压幅值基本不变，从而减小了安全电压Usv的检测误差，进而提高了接线异常检测的精准度，适用性强。
应当理解，在现有技术中，控制器23用于接收辅助电源21供电，并在直流变换电路20未进行电压转换的情况下通过开关驱动电路向开关Q2和开关Q3输出脉宽调制(pulsewidth modulation wave，PWM)信号，从而控制开关Q2和开关Q3导通或者关断以在直流变换器2的输出端形成一个电压。然而，该电压包含电压纹波并且电压幅值不断变化，会降低直流变换器2的输出电压精度，从而导致直流变换器2的输出端的电压的测量误差变大，进而导致直流变换器2接线异常检测的精准度过低。示例性的，在现有技术中直流变换器2的输出电压精度一般为10％。而本申请提供的安全电压输出电路22则会输出电压幅值基本不变的安全电压Usv，即此时直流变换器2的输出端会形成一个电压幅值基本不变的安全电压Usv，大幅度提高了直流变换器2的输出电压精度，从而减小了安全电压Usv的检测误差，进而提高了直流变换器2接线异常检测的精准度，适用性强。示例性的，在理想情况下，辅助电源21中的电压控制芯片的常规精度在2％以内，而分压电路220的电阻精度在1％以内，在结合安全电压输出电路22的其他电路参数误差的情况下，直流变换器2的输出电压精度一般在2％～3％以内，与现有技术相比大幅度提高了直流变换器2的输出电压精度，从而减小了直流变换器2的输出端的电压(即安全电压Usv)的检测误差。
在一些可行的实施方式中，上述控制器23用于在未接收到直流变换器2的开机指令的情况下，控制开关Q3处于导通状态，从而使分压电路220向外输出稳定的安全电压Usv，从而减小了安全电压Usv的检测误差，进而提高了接线异常检测的精准度，适用性强。
在一些可行的实施方式中，上述控制器23用于在接收到直流变换器2的开机指令的情况下，控制开关Q3保持关断状态。此时，安全电压输出电路22会停止输出安全电压Usv并断开辅助电源21和直流变换电路20之间的连接，从而避免直流变换电路20在工作时受到辅助电源21的信号干扰，还可以避免直流变换电路20输出的大功率电流流过辅助电源21从而烧坏辅助电源21，安全性更高，适用性更强。
在一些可行的实施方式中，上述图3A和图3B所示的安全电压输出电路22也可以替换为图3C所示的安全电压输出电路22，安全电压输出电路22包括分压电路220和电源芯片221，该电源芯片221是安全电压输出电路22中具有实现电能的变换、分配和检测等功能的芯片。其中，分压电路220的第一连接端通过电源芯片221连接辅助电源21的输出端，具体地，电源芯片221的输入端连接辅助电源21的输出端，电源芯片221的输出端连接分压电路220的第一连接端。分压电路220的第二连接端连接直流变换电路20的第一输出端，分压电路220的第三连接端连接直流变换电路20的第二输出端。此时，电源芯片221的输入端作为安全电压输出电路22的输入端，分压电路220的第二连接端和第三连接端作为安全电压输出电路22的输出端。
在一些可行的实施方式中，控制器23与电源芯片221建立有线通信或者无线通信，从而向电源芯片221输出使能信号。具体实现中，控制器23用于在直流变换电路20未进行电压转换的情况下，向电源芯片221下发第一使能信号。此时，电源芯片221用于响应于第一使能信号，向分压电路220输出第二电压，从而使得分压电路220对第二电压进行分压并输出安全电压Usv。实施本申请实施例，可通过电源芯片221的使能(enable)来控制分压电路220向外输出稳定的安全电压Usv，从而减小了安全电压Usv的检测误差，进而提高了接线异常检测的精准度，适用性强。
在一些可行的实施方式中，控制器23用于在接收到直流变换器2的开机指令的情况下，向电源芯片221下发第二使能信号。此时，电源芯片221用于响应于第二使能信号，停止向分压电路220输出第二电压。此时，安全电压输出电路22会停止输出安全电压Usv并断开辅助电源21和直流变换电路20之间的连接，从而避免直流变换电路20在工作时受到辅助电源21的信号干扰，还可以避免直流变换电路20输出的大功率电流流过辅助电源21以烧坏辅助电源21，辅助电源21的使用安全性更高，适用性更强。
在一些可行的实施方式中，上述第一使能信号为第一电平，第二使能信号为第二电平，其中，第一电平和第二电平为相对电平。示例性的，当第一电平为高电平时第二电平为低电平，或者，当第一电平为低电平时第二电平为高电平。
在一些可行的实施方式中，上述安全电压输出电路22还包括保护电路，该保护电路可以设置在分压电路220的第二连接端和直流变换电路20的第一输出端out11之间。其中，保护电路222用于对分压电路220进行电路保护，该电路保护主要是保护分压电路220中的分压电阻在受到过压、过流、浪涌以及电磁干扰等情况下不受损坏，从而保证分压电阻的使用安全性并延长使用寿命，适用性更强。本申请不对保护电路的具体电路拓扑进行限制。
在一些可行的实施方式中，保护电路包括限流电阻或者二极管，其中，限流电阻或者二极管设置在分压电路220的第二连接端和直流变换电路20的第一输出端之间，从而实现分压电路220的限流保护或者过压保护。如图4A所示，上述图3A所示的安全电压输出电路22还包括保护电路222，保护电路222和开关Q3可以串联在分压电路220的第二连接端和直流变换电路20的第一输出端之间，并且，保护电路222和开关Q3的电路位置可以互换。其中，保护电路222包括限流电阻R3。在直流变换电路20工作的情况下直流变换电路20的输出电流较大，该限流电阻R3用于限制流过分压电路220的电流大小，从而避免直流变换电路20向分压电路220输出大电流从而烧坏分压电阻，使用安全性更高。可选的，限流电阻R3也可以替换为二极管。在直流变换电路20工作的情况下直流变换电路20的输出电压较高，此时二极管处于截止状态，从而避免直流变换电路20向分压电路220输出高电压而导致分压电阻失效，延长了分压电阻的使用寿命。
在一些可行的实施方式中，如图4B所示，上述图3B所示的安全电压输出电路22还包括保护电路223，保护电路223包括限流电阻R4和二极管D2，其中，限流电阻R4和二极管D2串联在分压电路220的第二连接端和直流变换电路20的第一输出端之间，从而实现分压电路220的限流保护和过压保护。可选的，当上述分压电阻R1、分压电阻R2、开关Q3以及辅助电源21在设计时所能承受的电压较高，并且在高电压场景下不具有失效风险可以正常工作时，安全电压输出电路22中也可以不设置二极管D2，在此不作具体限制。
在一些可行的实施方式中，如图4C所示,上述图3C所示的安全电压输出电路22还包括保护电路223，保护电路223包括限流电阻R4和二极管D2，其中，限流电阻R4和二极管D2串联在分压电路220的第二连接端和直流变换电路20的第一输出端之间，从而实现分压电路220的限流保护和过压保护。可选的，当上述分压电阻R1、分压电阻R2、电源芯片221以及辅助电源21在设计时所能承受的电压较高，并且在高电压场景下不具有失效风险可以正常工作时，安全电压输出电路22中也可以不设置二极管D2，在此不作具体限制。
在一些可行的实施方式中，上述控制器23用于在接收到直流变换器2的开机指令的情况下，控制直流变换电路20对第一电压进行电压转换后输出，从而保证直流变换器2输出稳定的直流电，供电可靠性更高。
在一些可行的实施方式中，上述控制器23用于在接收到直流变换器2的开机指令的情况下，控制开关Q3保持关断状态或者向电源芯片221输出第二使能信号，并在安全电压输出电路22停止输出安全电压Usv之后控制直流变换电路20对第一电压进行电压转换后输出。实施本申请实施例，可避免辅助电源21烧坏，并且还可以保证直流变换器2输出稳定的直流电，供电安全性和供电可靠性更高。
参见图5，图5是本申请提供的光伏系统的结构框图。如图5所示，光伏系统4包括直流变换器40a至直流变换器40n以及光伏逆变器41，其中，直流变换器40a至直流变换器40n中的每个直流变换器的输入端用于连接光伏组件，从而实现对光伏组件的最大功率点跟踪和快速关断功能。示例性的，直流变换器40a的输入端用于连接光伏组件5a，直流变换器40b的输入端用于连接光伏组件5b，直流变换器40c的输入端用于连接光伏组件5c，……，直流变换器40n的输入端用于连接光伏组件5n。直流变换器40a至直流变换器40n的输出端串联后连接光伏逆变器41的输入端，从而灵活调整直流变换器40a至直流变换器40n的输出功率总和。其中，直流变换器40a至直流变换器40n的输出端串联是指任意两个相邻直流变换器中的其中一个直流变换器的输出端的负极和另外一个直流变换器的输出端的正极连接。光伏逆变器41的输出端用于连接电网6进行并网发电。示例性的，光伏逆变器41可以是户用光伏逆变器或者工商业光伏逆变器。
在直流变换器40a至直流变换器40n中的直流变换电路进行电压转换的情况下，每个直流变换器中的直流变换电路用于对每个直流变换器连接的光伏组件提供的直流电进行电压转换后输出第一电压。其中，直流变换器40a至直流变换器40n中的任意两个直流变换器输出的第一电压可以相同，也可以不同。此时，光伏逆变器41用于将直流变换器40a至直流变换器40n的第一串联电压逆变为交流电压并向电网6供电。其中，第一串联电压为直流变换器40a至直流变换器40n的输出端的第一电压的总和。应当理解，当直流变换器40a至直流变换器40n中的直流变换电路进行电压转换，且直流变换器40a至直流变换器40n中的辅助电源和安全电压输出电路未工作时，直流变换器40a至直流变换器40n的输出端的串联电压为第一串联电压。
在直流变换器40a至直流变换器40n中的直流变换电路未进行电压转换的情况下，直流变换器40a至直流变换器40n的输出端串联后输出第二串联电压，该第二串联电压为直流变换器40a至直流变换器40n的输出端的安全电压的总和。示例性的，在理想情况下，第二串联电压Usc为直流变换器的输出端的安全电压与n的乘积。应当理解，当直流变换器40a至直流变换器40n中的直流变换电路未进行电压转换，且直流变换器40a至直流变换器40n中的辅助电源和安全电压输出电路工作时，直流变换器40a至直流变换器40n的输出端的串联电压为第二串联电压。
当第二串联电压Usc等于预设安全电压阈值与直流变换器40a至直流变换器40n的数量n的乘积时，直流变换器40a至直流变换器40n中的所有直流变换器的接线状态均为正常状态。而当第二串联电压Usc小于预设安全电压阈值与n的乘积时，直流变换器40a至直流变换器40n中的部分直流变换器或者所有直流变换器的接线状态为异常状态。其中，直流变换器的接线状态包括直流变换器与其连接的光伏组件之间的接线状态、直流变换器与相邻直流变换器之间的接线状态、以及直流变换器与光伏逆变器41之间的接线状态中的至少一种。异常状态包括直流变换器与其连接的光伏组件之间的接线断开或者接触不良，直流变换器的输出端的负极与相邻直流变换器的输出端的负极连接，直流变换器的输出端的正极与相邻直流变换器的输出端的正极连接，以及直流变换器与光伏逆变器41之间的接线断开或者接触不良中的至少一种。
其中，上述预设安全电压阈值为安全电压的理论值。在理想情况下，预设安全电压阈值与n的乘积为固定电压，而在实际情况下，预设安全电压阈值与n的乘积会在小电压范围b内波动，小电压范围b为(固定电压-固定电压*直流变换器中的安全电压输出电路的输出电压精度)*n～(固定电压+固定电压*直流变换器中的安全电压输出电路的输出电压精度)*n。应当理解，当第二串联电压Usc处于上述小电压范围b时，所有直流变换器的接线状态均为正常状态。而当第二串联电压Usc在上述小电压范围b之外时，部分直流变换器或者所有直流变换器的接线状态为异常状态。
具体实现中，直流变换器40a至直流变换器40n中的每个直流变换器的具体结构和工作原理可以参见上述图2至图4C对应的实施例中关于直流变换器2的具体结构和工作原理的描述，在此不再赘述。
实施本申请实施例，由于安全电压的电压幅值基本不变，因此可减小每个直流变换器的输出端的安全电压的检测误差，从而减小直流变换器40a至直流变换器40n的输出端的安全电压总和(即第二串联电压Usc)的检测误差，进而提高了接线异常检测的精准度，光伏系统4的供电可靠性更高。示例性的，当直流变换器40a至直流变换器40n的数量n小于或等于20时，可以准确识别直流变换器的接线状态是否异常，而当数量n大于或者等于50时才会累计出一个直流变换器的输出端的安全电压的检测误差，然而在实际应用场景中不会串联如此多的直流变换器，因此大幅度提高了接线异常检测的准确性，适用性更强。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种直流变换器，其特征在于，所述直流变换器包括直流变换电路、辅助电源以及安全电压输出电路，其中，所述直流变换电路的输入端与所述辅助电源的输入端并联后作为所述直流变换器的输入端，所述直流变换器的输入端用于连接直流电源，所述辅助电源的输出端连接所述安全电压输出电路的输入端，所述安全电压输出电路的输出端与所述直流变换电路的输出端并联后作为所述直流变换器的输出端；
所述辅助电源用于在所述直流变换电路未进行电压转换的情况下，基于所述直流电源提供的第一电压向所述安全电压输出电路输出第二电压，所述第二电压小于所述第一电压；
所述安全电压输出电路用于基于所述第二电压输出安全电压，所述安全电压小于所述第二电压。
2.根据权利要求1所述的直流变换器，其特征在于，所述直流变换电路的输出端包括第一输出端和第二输出端，所述安全电压输出电路包括分压电路和开关，所述分压电路的第一连接端连接所述辅助电源的输出端，所述分压电路的第二连接端连接所述直流变换电路的所述第一输出端，所述分压电路的第三连接端连接所述直流变换电路的所述第二输出端；所述开关设置在所述分压电路的第一连接端和所述辅助电源的输出端之间，或者，所述开关设置在所述分压电路的第二连接端和所述直流变换电路的所述第一输出端之间；所述直流变换器还包括控制器；
所述控制器用于在所述直流变换电路未进行电压转换的情况下控制所述开关处于导通状态，以使所述分压电路对所述第二电压进行分压并输出所述安全电压。
3.根据权利要求2所述的直流变换器，其特征在于，所述控制器用于在未接收到所述直流变换器的开机指令的情况下，控制所述开关处于导通状态。
4.根据权利要求2所述的直流变换器，其特征在于，所述控制器还用于在接收到所述直流变换器的开机指令的情况下，控制所述开关处于关断状态。
5.根据权利要求1所述的直流变换器，其特征在于，所述直流变换电路的输出端包括第一输出端和第二输出端，所述安全电压输出电路包括分压电路和电源芯片，所述分压电路的第一连接端通过所述电源芯片连接所述辅助电源的输出端，所述分压电路的第二连接端连接所述直流变换电路的所述第一输出端，所述分压电路的第三连接端连接所述直流变换电路的所述第二输出端；所述直流变换器还包括控制器；
所述控制器用于在所述直流变换电路未进行电压转换的情况下向所述电源芯片下发第一使能信号；
所述电源芯片用于响应于所述第一使能信号，向所述分压电路输出所述第二电压，以使所述分压电路对所述第二电压进行分压并输出所述安全电压。
6.根据权利要求5所述的直流变换器，其特征在于，所述控制器用于在接收到所述直流变换器的开机指令的情况下，向所述电源芯片下发第二使能信号；
所述电源芯片用于响应于所述第二使能信号，停止向所述分压电路输出所述第二电压。
7.根据权利要求5所述的直流变换器，其特征在于，所述第一使能信号为第一电平，所述第二使能信号为第二电平，其中，所述第一电平为高电平且所述第二电平为低电平，或者，所述第一电平为低电平且所述第二电平为高电平。
8.根据权利要求2-7任一项所述的直流变换器，其特征在于，所述安全电压输出电路还包括保护电路，所述保护电路设置在所述分压电路的第二连接端和所述直流变换电路的所述第一输出端之间；
所述保护电路用于对所述分压电路进行电路保护。
9.根据权利要求8所述的直流变换器，其特征在于，所述保护电路包括限流电阻或者二极管，其中，所述限流电阻或者所述二极管设置在所述分压电路的第二连接端和所述直流变换电路的所述第一输出端之间。
10.根据权利要求8所述的直流变换器，其特征在于，所述保护电路包括限流电阻和二极管，其中，所述限流电阻和所述二极管串联在所述分压电路的第二连接端和所述直流变换电路的所述第一输出端之间。
11.根据权利要求1-10任一项所述的直流变换器，其特征在于，所述直流变换器还包括控制器；
所述控制器用于在接收到所述直流变换器的开机指令的情况下，控制所述直流变换电路对所述第一电压进行电压转换后输出。
12.一种光伏系统，其特征在于，所述光伏系统包括多个如权利要求1-11任一项所述的直流变换器以及光伏逆变器，多个所述直流变换器中的每个所述直流变换器的输入端用于连接光伏组件，多个所述直流变换器的输出端串联后连接所述光伏逆变器的输入端，所述光伏逆变器的输出端用于连接电网；
在多个所述直流变换器中的所述直流变换电路进行电压转换的情况下，每个所述直流变换器中的所述直流变换电路用于对所述光伏组件提供的直流电进行电压转换后输出第一电压；所述光伏逆变器用于将多个所述直流变换器的第一串联电压逆变为交流电压并向所述电网供电，其中，所述第一串联电压为多个所述直流变换器的输出端的所述第一电压的总和；
在多个所述直流变换器中的所述直流变换电路未进行电压转换的情况下，多个所述直流变换器的输出端串联后输出第二串联电压，所述第二串联电压为多个所述直流变换器的输出端的所述安全电压的总和。
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