CN117955426A - 一种功率设备、功率设备控制方法以及光伏发电系统 - Google Patents

Abstract

一种功率设备、功率设备控制方法以及光伏发电系统。组件级电力电子设备的输入端与光伏组件相连，组件级电力电子设备的输出端串联连接后与逆变器相连。组件级电力电子设备包括直流变换单元、信号处理单元和控制器。直流变换单元用于实现直流‑直流电力转换，信号处理单元用于接收逆变器发送的周期性通信信号，控制器用于控制该组件级电力电子设备在关机模式、正常工作模式和安全工作模式间进行切换，具体包括，在组件级电力电子设备接收不到周期性通信信号时，维持或切换至关机模式，在组件级电力电子设备接收到的周期性通信信号包括心跳帧且不包括调压指令时，切换至正常工作模式，在组件级电力电子设备接收到的周期性通信信号包括心跳帧且也包括调压指令时，切换至安全工作模式。本申请所提供的三种工作模式可以同时保证设备和人员的安全，响应速度快，实现方式简单。

Description

一种功率设备、功率设备控制方法以及光伏发电系统

技术领域

本申请涉及电力电子领域，尤其涉及一种功率设备、功率设备控制方法以及光伏发电系统。

背景技术

目前，随着全球不可再生能源的紧缺以及环境污染的加重，光伏发电的应用越来越广泛。光伏发电是将光伏组件产生的直流电经过逆变器转换为交流电，然后接入交流电网或提供给负载。

光伏发电通常应用于大型光伏电站、工商业领域和户用领域这三大场景，在后两种场景中，光伏组件通常安装于建筑的屋顶，距离用电用户比较近。为了获取比较大的发电功率，光伏组件还通常由多个光伏板串联组成，因此光伏组件侧的直流电压较大。由此产生了不容忽视的安全隐患，即一旦逆变器或者光伏组件发生故障，安装光伏组件的屋顶可能起火，另外，需要对光伏组件和逆变器进行维修时，维修人员面临几百甚至上千的高压直流电，并且光伏组件侧直流电压过大也会造成逆变器损坏，不利于光伏发电系统长时间稳定工作。

组件级电力电子设备(MLPE,Module-Level Power Electronics)作为新兴的分布式光伏发电设备，其可以对单个光伏组件进行控制，相对传统的组串式光伏发电，在发电效率上有进一步的提升。进一步的，如何利用组件级电力电子设备，在需要时降低光伏组件侧电压，充分保证用电人员或维修人员的人身安全，保护发电设备，提高分布式光伏设备的发电和维护的安全性，成为了业界研究的热点。

发明内容

本申请提供一种功率变换设备、控制功率变换设备的工作方法和光伏发电系统，能够充分保证逆变器设备的安全，又能够充分保证用户和维修人员的安全，还能够极大地降低检修、安装和维护等工作对用户用电的影响。

第一方面，本申请实施例公开一种功率变换设备，该功率变换设备包括：直流变换单元、信号处理单元和控制器，所述直流变换单元的一端用于与光伏组件连接，所述直流变换单元的另一端用于与下一级功率变换设备的输入端连接，所述信号处理单元位于所述功率变换设备的输出侧；所述信号处理单元用于接收所述下一级功率变换设备发送的周期性通信信号；所述控制器用于，响应于所述信号处理单元在一时间段内接收不到所述周期性通信信号，控制所述功率变换设备切换到关机模式或维持工作在关机模式，在所述关机模式下，所述功率变换设备输出的电压为关机电压，所述关机电压为一预设的安全电压值；响应于所述信号处理单元接收到所述周期性通信信号且所述周期性通信信号中包含调压指令，控制所述功率变换设备切换到安全工作模式或维持工作在安全工作模式，在所述安全工作模式下，所述功率变换设备的输出电压小于第一电压；响应于所述信号处理单元接收到所述周期性通信信号但所述周期性通信信号中没有包含所述调压指令，控制所述功率变换设备切换到正常工作模式或维持工作在正常工作模式，在所述正常工作模式下，所述功率变换设备的输出电压小于第二电压，所述第二电压小于所述第一电压，所述第二电压大于所述关机电压。

第一方面的技术方案中，下一级功率变换设备和功率变换设备具有通信连接和电力连接，具体的，下一级功率变换设备和功率变换设备间的通信方式为电力线通信，在此基础上，利用周期性通信信号来控制功率变换设备所处工作模式的切换。如此，利用既有电力线路进行通信传输，减小了额外通信线路建立所需的成本，利用周期性通信信号来进行通信，响应速度快，实现方式简单，并且，功率变换设备通过在三种工作模式间进行切换，在正常工作模式下，可以保证功率变换设备的输出功率始终最大，最大程度满足用户用电所需，在安全工作模式下，可以及时发现故障，启动保护机制，保证下一级功率变换设备侧设备的安全，在关机模式下，可以将功率变换设备的输出电压降至安全电压以下，保证维修人员和用户的人身安全。

根据第一方面，在一种可能的实现方式中，周期性通信信号为PLC信号，所述PLC信号包含心跳帧；所述控制器用于，响应于所述信号处理单元在一时间段内接收不到所述心跳帧，控制所述功率变换设备切换到关机模式或维持工作在关机模式。采用PLC通信，并利用心跳保护机制对功率变换设备和下一级功率变换设备间的通信状态进行判定，可以利用既有电力线路，实时准确地根据两者间的通信状态控制功率变换设备的工作模式。

根据第一方面，在一种可能的实现方式中，控制器用于，响应于所述信号处理单元接收到所述PLC信号且所述PLC信号包含所述心跳帧接但不包含所述调压指令，控制所述功率变换设备切换到正常工作模式或维持工作在正常工作模式；响应于所述信号处理单元接收到所述PLC信号且所述PLC信号中同时包含所述心跳帧和所述调压指令，控制所述功率变换设备切换到安全工作模式或维持工作在安全工作模式。PLC信号包含心跳帧和调压指令两种形式，根据功率变换设备接收到调压指令的不同情况，进一步精细化地控制功率变换设备工作于正常工作模式或者安全工作模式，在心跳帧不中断的情况下，功率变换设备也可以在不同工作模式间切换，在不同工作模式下，功率变换设备可以是正常发电的状态，优先给下一级功率变换设备供电，也可以是安全发电的状态，在给下一级功率变换设备供电的同时，优先保证下一级功率变换设备的安全。

根据第一方面，在一种可能的实现方式中，当下一级功率变换设备检测到下一级功率变换设备的输入端电压超过一过压阈值，下一级功率变换设备向功率变换设备下发调压指令时，控制器控制功率变换设备的输出电压小于过压阈值。本实现方式中，下一级功率变换设备检测到其输入端过压是下一级功率变换设备向功率变换设备下发调压指令的一触发条件，当功率变换设备接收到调压指令后，控制器控制功率变换设备的输出电压小于该过压阈值，如此，当下一级功率变换设备发生过压时，功率变换器可以迅速降低自身输出电压，保证下一级功率变换设备安全。

根据第一方面，在一种可能的实现方式中，当下一级功率变换设备检测到下一级功率变换设备的的输入端功率超过一过功率阈值，下一级功率变换设备向功率变换设备下发调压指令时，功率变换设备接收到调压指令，控制器控制功率变换设备的输出电压减小。本实现方式中，下一级功率变换设备检测到其输入端过功率是下一级功率变换设备向功率变换设备下发调压指令的一触发条件，当功率变换设备接收到调压指令后，控制器控制功率变换设备的输出电压减小，如此，当下一级功率变换设备发生过功率时，功率变换器可以迅速降低自身输出电压，保证下一级功率变换设备安全。

根据第一方面，在一种可能的实现方式中，当下一级功率变换设备检测到下一级功率变换设备所处的发电系统发生孤岛效应，下一级功率变换设备向功率变换设备下发调压指令时，功率变换设备接收到调压指令，控制器控制功率变换设备的输出电压减小。本实现方式中，下一级功率变换设备检测到下一级功率变换设备发生孤岛效应是下一级功率变换设备向功率变换设备下发调压指令的一触发条件，当功率变换设备接收到调压指令后，控制器控制功率变换设备的输出电压减小，如此，当孤岛效应发生后，通过降低输出电压来避免孤岛系统中的电压和频率发生过大的波动以损害电气设备。

根据第一方面，在一种可能的实现方式中，当检测到下一级功率变换设备的输入端电压超过一过压阈值的条件持续一时间阈值后，下一级功率变换设备向功率变换设备下发调压指令，控制功率变换设备的输出电压小于过压阈值，在实际应用的发电系统中，电网电压经常会发生一定正常范围内的波动，下一级功率变换设备输入端电压可能会短时间偏离正常电压阈值后又恢复，本实现方式通过在调压指令触发条件中增加时间判定的条件，消除了因电网电压波动可能造成的下一级功率变换设备过压误判。

根据第一方面，在一种可能的实现方式中，功率变换设备在接收到下一级功率变换设备发送的调压指令后，控制其输出电压为其当前输出电压的0.5或0.1倍，本实现方式通过将功率变换设备的输出电压降低为原输出电压的一半或十分之一，在最大程度上降低了下一级功率变换设备因长时间过压发生故障的风险。

根据第一方面，在一种可能的实现方式中，功率变换设备的直流变换单元包括降压电路、升压电路、降压-升压电路、正激电路和反激电路，本申请提供的技术方案并不限制功率变换设备的主变换电路种类，适配各种功率变换设备。

根据第一方面，在一种可能的实现方式中，所述控制器用于，在所述正常工作模式下，控制所述直流变换单元工作在最大功率追踪模式，所述最大功率追踪模式下，所述直流变换单元的输出电压变化，且与所述直流变换单元连接的光伏组件的输出功率最大；在所述安全工作模式下，控制所述直流变换单元工作在限制电压模式，所述限制电压模式下，所述直流变换单元输出的电压恒定。在正常工作模式下，功率变换设备可以以当前光伏组件最大的发电功率进行功率输出，电压可能是变化的，以保证发电能力的最大化，在安全工作模式下，功率变换设备的输出电压恒定，该电压可以有效保证下一级的功率变换设备安全。两种模式，可以根据情况改变，充分保证功率变换设备的发电能力和安全性。

第二方面，本申请实施例公开一种功率变换设备控制方法，该方法包括：响应于功率变换设备接收不到心跳帧，控制功率变换设备处于关机模式，在关机模式下，功率变换设备输出的电压为关机电压，关机电压为一预设的安全电压值；响应于功率变换设备接收到心跳帧且接收不到调压指令，控制功率变换设备处于正常工作模式，在正常工作模式下，功率变换设备的输出电压小于第一电压；响应于功率变换设备接收到心跳帧且接收到调压指令，控制功率变换设备处于安全工作模式，在安全工作模式下，功率变换设备的输出电压小于第二电压，第二电压小于第一电压，第二电压大于关机电压。

第二方面的技术方案中，利用既有电力线路进行通信传输，减小了额外通信线路建立所需的成本，利用心跳保护机制和调压指令来进行通信，响应速度快，实现方式简单，并且，功率变换设备通过在三种工作模式间进行切换，在正常工作模式下，可以保证功率变换设备的输出功率始终最大，最大程度满足用户用电所需，在安全工作模式下，可以及时发现故障，启动保护机制，保证逆变器侧设备的安全，在关机模式下，可以将功率变换设备的输出电压降至安全电压以下，保证维修人员和用户的人身安全。

根据第二方面，在一种可能的实现方式中，当检测到逆变器的输入端电压超过一过压阈值，逆变器向功率变换设备下发调压指令时，控制功率变换设备的输出电压小于过压阈值。本实现方式中，逆变器检测到其输入端过压是逆变器向功率变换设备下发调压指令的一触发条件，当功率变换设备接收到调压指令后，控制功率变换设备的输出电压小于该过压阈值，如此，当逆变器发生过压时，功率变换器可以迅速降低自身输出电压，保证逆变器安全。

根据第二方面，在一种可能的实现方式中，当检测到逆变器的的输入端功率超过一过功率阈值，逆变器向功率变换设备下发调压指令时，功率变换设备接收到调压指令，控制功率变换设备的输出电压减小。本实现方式中，逆变器检测到其输入端过功率是逆变器向功率变换设备下发调压指令的一触发条件，当功率变换设备接收到调压指令后，控制器控制功率变换设备的输出电压减小，如此，当逆变器发生过功率时，功率变换器可以迅速降低自身输出电压，保证逆变器安全。

根据第二方面，在一种可能的实现方式中，当检测到逆变器所处的发电系统发生孤岛效应，逆变器向功率变换设备下发调压指令时，功率变换设备接收到调压指令，控制功率变换设备的输出电压减小。本实现方式中，逆变器检测到逆变器发生孤岛效应是逆变器向功率变换设备下发调压指令的一触发条件，当功率变换设备接收到调压指令后，控制器控制功率变换设备的输出电压减小，如此，当孤岛效应发生后，通过降低输出电压来避免孤岛系统中的电压和频率发生过大的波动以损害电气设备。

第三方面，本申请实施例提供一种光伏发电系统，该系统包括多个优化器，多个优化器中的每一个的输入端用于连接光伏组件，多个优化器中的每一个的输出端依次串联连接，响应于多个优化器接收不到心跳帧，多个优化器工作于关机模式，在关机模式下，多个优化器的输出端电压为关机电压，关机电压为一预设的安全电压值，响应于多个优化器接收到心跳帧且接收不到调压指令，多个优化器工作于于正常工作模式，在正常工作模式下，多个优化器的输出电压小于第一电压，响应于多个优化器接收到心跳帧且接收到调压指令，优化器工作于安全工作模式，在安全工作模式下，多个优化器的输出电压小于第二电压，第二电压小于第一电压，第二电压大于关机电压；逆变器，逆变器的输入端连接多个优化器依次串联连接的输出端，逆变器的输出端用于连接电网或者用户负载，逆变器向多个优化器下发心跳帧和调压指令，心跳帧和调压指令通过逆变器的输入端或优化器的输出端之间的电力线进行传输。

第三方面提供的技术方案中，光伏发电系统由多个优化器和逆变器组成。多个优化器和逆变器利用既有电力线路进行通信传输，减小了额外通信线路建立所需的成本，利用心跳保护机制和调压指令来进行通信，响应速度快，实现方式简单，并且，功率变换设备通过在三种工作模式间进行切换，在正常工作模式下，可以保证功率变换设备的输出功率始终最大，最大程度满足用户用电所需，在安全工作模式下，可以及时发现故障，启动保护机制，保证逆变器侧设备的安全，在关机模式下，可以将功率变换设备的输出电压降至安全电压以下，保证维修人员和用户的人身安全。

根据第三方面，在一种可能的实现方式中，当检测到逆变器的输入端电压超过一过压阈值，逆变器向功率变换设备下发调压指令时，控制功率变换设备的输出电压小于过压阈值。本实现方式中，逆变器检测到其输入端过压是逆变器向功率变换设备下发调压指令的一触发条件，当功率变换设备接收到调压指令后，控制功率变换设备的输出电压小于该过压阈值，如此，当逆变器发生过压时，功率变换器可以迅速降低自身输出电压，保证逆变器安全。

根据第三方面，在一种可能的实现方式中，当检测到逆变器的的输入端功率超过一过功率阈值，逆变器向功率变换设备下发调压指令时，功率变换设备接收到调压指令，控制功率变换设备的输出电压减小。本实现方式中，逆变器检测到其输入端过功率是逆变器向功率变换设备下发调压指令的一触发条件，当功率变换设备接收到调压指令后，控制器控制功率变换设备的输出电压减小，如此，当逆变器发生过功率时，功率变换器可以迅速降低自身输出电压，保证逆变器安全。

根据第三方面，在一种可能的实现方式中，当检测到逆变器所处的发电系统发生孤岛效应，逆变器向功率变换设备下发调压指令时，功率变换设备接收到调压指令，控制功率变换设备的输出电压减小。本实现方式中，逆变器检测到逆变器发生孤岛效应是逆变器向功率变换设备下发调压指令的一触发条件，当功率变换设备接收到调压指令后，控制器控制功率变换设备的输出电压减小，如此，当孤岛效应发生后，通过降低输出电压来避免孤岛系统中的电压和频率发生过大的波动以损害电气设备。

根据第三方面，在一种可能的实现方式中，逆变器在满足开机条件时与优化器建立通信，通信内容包括心跳帧或调压指令，逆变器在检测到告警信号后，逆变器中断同优化器间的通信并执行关机动作，如此，逆变器和优化器可以在满足工作条件时，第一时间建立通信，快速进行发电工作，同时，逆变器在发生告警情况后，可以第一时间切断同优化器的通信，促使优化器进入安全工作模式，保证逆变器的设备安全。

第四方面，本申请实施例公开一种功率变换设备，所述功率变换设备包括：直流变换单元、信号处理单元和控制器，所述直流变换单元用于将光伏组件产生的直流电转换后输出给下一级功率变换设备，所述信号处理单元与所述功率变换设备的输出连接，并用于接收所述下一级功率变换设备发送的周期性通信信号；所述控制器用于，响应于所述信号处理单元在一时间段内接收不到所述周期性通信信号，控制所述功率变换设备输出的电压为关机电压，所述关机电压为一预设的安全电压值；响应于所述信号处理单元接收到所述周期性通信信号但所述周期性通信信号中没有包含调压指令，控制所述功率变换设备输出的电压小于或等于第一电压；响应于所述信号处理单元接收到所述周期性通信信号且所述周期性通信信号中包含所述调压指令，控制所述功率变换设备输出的电压小于或等于第二电压，所述第二电压小于所述第一电压，所述第二电压大于所述关机电压。

第四方面的技术方案中，下一级功率变换设备和功率变换设备具有通信连接和电力连接，具体的，下一级功率变换设备和功率变换设备间的通信方式为电力线通信，在此基础上，利用周期性通信信号来控制功率变换设备输出的电压的大小。如此，利用既有电力线路进行通信传输，减小了额外通信线路建立所需的成本，利用周期性通信信号来进行通信，响应速度快，实现方式简单，并且，功率变换设备输出的电压与三个电压值相关，在输出的电压小于或等于第一电压时，可以保证功率变换设备的输出功率始终最大，最大程度满足用户用电所需，在输出的电压小于或等于第二电压时，可以及时启动保护机制，保证下一级功率变换设备侧设备的安全，在输出的电压为关机电压时，可以将功率变换设备的输出电压降至安全电压以下，保证维修人员和用户的人身安全。

根据第四方面，在一种可能的实现方式中，周期性通信信号为PLC信号，所述PLC信号包含心跳帧；所述控制器用于，响应于所述信号处理单元在一时间段内接收不到所述心跳帧，控制所述功率变换设备输出的电压为所述关机电压。采用PLC通信，并利用心跳保护机制对功率变换设备和下一级功率变换设备间的通信状态进行判定，可以利用既有电力线路，实时准确地根据两者间的通信状态控制功率变换设备输出的电压。

根据第四方面，在一种可能的实现方式中，控制器用于，响应于所述信号处理单元接收到所述PLC信号且所述PLC信号包含所述心跳帧接但不包含所述调压指令，控制所述功率变换设备输出的电压小于所述第一电压；响应于所述信号处理单元接收到所述PLC信号且所述PLC信号中同时包含所述心跳帧和所述调压指令，控制所述功率变换设备输出的电压小于所述第二电压。PLC信号包含心跳帧和调压指令两种形式，根据功率变换设备接收到调压指令的不同情况，进一步精细化地控制功率变换设备输出的电压小于或等于第一电压或第二电压，在心跳帧不中断的情况下，功率变换设备可以输出不同的电压，因此功率变换设备可以是正常发电的状态，优先给下一级功率变换设备供电，也可以是安全发电的状态，在给下一级功率变换设备供电的同时，优先保证下一级功率变换设备的安全。

根据第四方面，在一种可能的实现方式中，控制器用于，响应于所述信号处理单元接收到所述PLC信号且所述PLC信号中同时包含所述心跳帧和所述调压指令，调整所述功率变换设备输出的电压为所述功率变换设备当前输出电压的K倍，所述K小于1或者所述K为0.5或0.1。本实现方式通过将功率变换设备的输出电压降低为原输出电压的一半或十分之一，在最大程度上降低了下一级功率变换设备因长时间过压发生故障的风险。

根据第四方面，在一种可能的实现方式中，控制器用于，响应于所述信号处理单元接收到所述周期性通信信号但所述周期性通信信号中没有包含所述调压指令，，控制所述直流变换单元工作在最大功率追踪模式，所述最大功率追踪模式下，所述直流变换单元的输出电压变化，且与所述直流变换单元连接的光伏组件的输出功率最大；响应于所述信号处理单元接收到所述周期性通信信号且所述周期性通信信号中包含所述调压指令，控制所述直流变换单元工作在限制电压模式，所述限制电压模式下，所述直流变换单元输出的电压恒定。在功率变换设备输出的电压小于或等于第一电压时，直流变换单元工作在最大功率追踪模式，功率变换设备可以以当前光伏组件最大的发电功率进行功率输出，电压可能是变化的，以保证发电能力的最大化，在功率变换设备输出的电压小于或等于第二电压时，直流变换单元工作在限制电压模式，功率变换设备的输出电压恒定，该电压可以有效保证下一级的功率变换设备安全。两种模式，可以根据情况改变，充分保证功率变换设备的发电能力和安全性。

第五方面，本申请实施例公开一种功率变换设备控制方法，该方法包括：响应于功率变换设备接收不到心跳帧，控制所述功率变换设备输出的电压为关机电压，所述关机电压为一预设的安全电压值；响应于所述功率变换设备接收到所述心跳帧且接收不到调压指令，控制所述功率变换设备输出的电压小于或等于第一电压；响应于所述功率变换设备接收到所述心跳帧且接收到所述调压指令，控制所述功率变换设备输出的电压小于或等于第二电压，所述第二电压小于所述第一电压，所述第二电压大于所述关机电压。

第五方面的技术方案中，利用既有电力线路进行通信传输，减小了额外通信线路建立所需的成本，利用心跳保护机制和调压指令来进行通信，响应速度快，实现方式简单，并且，功率变换设备输出的电压与三个电压值相关，在输出的电压小于或等于第一电压时，可以保证功率变换设备的输出功率始终最大，最大程度满足用户用电所需，在输出的电压小于或等于第二电压时，可以及时启动保护机制，保证下一级功率变换设备侧设备的安全，在输出的电压为关机电压时，可以将功率变换设备的输出电压降至安全电压以下，保证维修人员和用户的人身安全。

根据第五方面，在一种可能的实现方式中，当检测到逆变器的输入端电压超过一过压阈值，逆变器用于接收所述功率变换设备输出的直流功率并向功率变换设备下发调压指令时，控制功率变换设备的输出电压小于过压阈值。本实现方式中，逆变器检测到其输入端过压是逆变器向功率变换设备下发调压指令的一触发条件，当功率变换设备接收到调压指令后，控制功率变换设备的输出电压小于该过压阈值，如此，当逆变器发生过压时，功率变换器可以迅速降低自身输出电压，保证逆变器安全。

根据第五方面，在一种可能的实现方式中，当检测到所述逆变器的输入端功率超过一过功率阈值时，所述逆变器用于接收所述功率变换设备输出的直流功率并向所述功率变换设备下发所述调压指令，控制所述功率变换设备的输出电压减小。本实现方式中，逆变器检测到其输入端过功率是逆变器向功率变换设备下发调压指令的一触发条件，当功率变换设备接收到调压指令后，控制器控制功率变换设备的输出电压减小，如此，当逆变器发生过功率时，功率变换器可以迅速降低自身输出电压，保证逆变器安全。

根据第五方面，在一种可能的实现方式中，当检测到所述逆变器所处的发电系统发生孤岛效应时，所述逆变器用于接收所述功率变换设备输出的直流功率并向所述功率变换设备下发所述调压指令，控制所述功率变换设备的输出电压减小。本实现方式中，逆变器检测到逆变器发生孤岛效应是逆变器向功率变换设备下发调压指令的一触发条件，当功率变换设备接收到调压指令后，控制器控制功率变换设备的输出电压减小，如此，当孤岛效应发生后，通过降低输出电压来避免孤岛系统中的电压和频率发生过大的波动以损害电气设备。

第六方面，本申请实施例提供一种一种光伏发电系统，该光伏发电系统包括：多个优化器，所述多个优化器用于将光伏组件产生的直流电转换后输出给逆变器；逆变器，所述逆变器用于向电网或者用户负载供电，所述逆变器还用于向所述多个优化器发送心跳帧和调压指令，所述心跳帧和所述调压指令通过所述逆变器与所述优化器之间的电力线进行传输；响应于所述多个优化器在一时间段内接收不到所述心跳帧，所述多个优化器输出的电压为关机电压，所述关机电压为一预设的安全电压值；响应于所述多个优化器接收到所述心跳帧且接收不到所述调压指令，所述多个优化器输出的电压小于或等于第一电压；响应于所述多个优化器接收到所述心跳帧且接收到所述调压指令，所述多个优化器输出的电压小于或等于第二电压，所述第二电压小于所述第一电压，所述第二电压大于所述关机电压。

第六方面提供的技术方案中，光伏发电系统由多个优化器和逆变器组成。多个优化器和逆变器利用既有电力线路进行通信传输，减小了额外通信线路建立所需的成本，利用心跳保护机制和调压指令来进行通信，响应速度快，实现方式简单，并且，功率变换设备输出的电压与三个电压值相关，在输出的电压小于或等于第一电压时，可以保证功率变换设备的输出功率始终最大，最大程度满足用户用电所需，在输出的电压小于或等于第二电压时，可以及时启动保护机制，保证下一级功率变换设备侧设备的安全，在输出的电压为关机电压时，可以将功率变换设备的输出电压降至安全电压以下，保证维修人员和用户的人身安全。

根据第六方面，在一种可能的实现方式中，当所述逆变器的输入端电压超过一过压阈值时，所述逆变器向所述优化器下发所述调压指令，所述优化器控制自身的输出电压小于所述第二电压。本实现方式中，逆变器检测到其输入端过压是逆变器向功率变换设备下发调压指令的一触发条件，当功率变换设备接收到调压指令后，控制功率变换设备的输出电压小于第二电压，如此，当逆变器发生过压时，功率变换器可以迅速降低自身输出电压，保证逆变器安全。

根据第六方面，在一种可能的实现方式中，当所述逆变器的输入端功率超过一过功率阈值时，所述逆变器向所述优化器下发所述调压指令，所述优化器控制自身的输出电压小于所述第二电压。本实现方式中，逆变器检测到其输入端过功率是逆变器向功率变换设备下发调压指令的一触发条件，当功率变换设备接收到调压指令后，控制器控制功率变换设备的输出电压小于第二电压，如此，当逆变器发生过功率时，功率变换器可以迅速降低自身输出电压，保证逆变器安全。

根据第六方面，在一种可能的实现方式中，响应于所述多个优化器中部分或全部优化器在一时间段内接收不到所述心跳帧，所述接收不到所述心跳心跳帧的优化器调整输出电压为关机电压，所述关机电压为一预设的安全电压值；响应于所述多个优化器接收到所述心跳帧且接收不到所述调压指令，所述多个优化器输出的电压小于或等于第二电压；响应于所述多个优化器接收到所述心跳帧且接收到所述调压指令，所述多个优化器输出的电压小于或等于第二电压，所述第二电压小于所述第一电压，所述第二电压大于所述关机电压。多个优化器得益于PLC信号传输，利用心跳帧和调压指令与逆变器建立通信，并根据接收到的心跳帧和调压指令的不同情况，改变自身的输出电压，通信方法简单可靠。

根据第六方面，在一种可能的实现方式中，当所述逆变器所处的发电系统发生孤岛效应时，所述逆变器向所述优化器下发所述调压指令，所述优化器控制自身的输出电压小于所述第二电压。本实现方式中，逆变器检测到逆变器发生孤岛效应是逆变器向功率变换设备下发调压指令的一触发条件，当功率变换设备接收到调压指令后，控制器控制功率变换设备的输出电压小于第二电压，如此，当孤岛效应发生后，通过降低输出电压来避免孤岛系统中的电压和频率发生过大的波动以损害电气设备。

根据第六方面，在一种可能的实现方式中，逆变器在满足开机条件时与优化器建立通信，通信内容包括心跳帧或调压指令，逆变器在检测到告警信号后，逆变器中断同优化器间的通信并执行关机动作，如此，逆变器和优化器可以在满足工作条件时，第一时间建立通信，快速进行发电工作，同时，逆变器在发生告警情况后，可以第一时间切断同优化器的通信，促使优化器进入安全工作模式，保证逆变器的设备安全。

根据第六方面，在一种可能的实现方式中，多个优化器输入用于分别连接光伏组件，所述多个优化器的输出串联后连接所述逆变器的输入；所述逆变器用于，通过PLC像所述多个优化器广播发送所述心跳信号以及所述调压指令，所述调压指令，调整所述功率变换设备输出的电压为所述功率变换设备当前输出电压的K倍，所述K小于1或者所述K为0.5或0.1。本实现方式通过将功率变换设备的输出电压降低为原输出电压的一半或十分之一，在最大程度上降低了下一级功率变换设备因长时间过压发生故障的风险。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种光伏系统的架构示意图；

图2是本申请实施例提供的又一种光伏系统的架构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种优化器-逆变器连接示意图；

图4是本申请实施例提供的又一种优化器-逆变器连接示意图；

图5是本申请实施例提供的优化器工作模式切换流程示意图；

图6是本申请实施例提供的逆变器工作流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。此外，术语“耦接”可以是实现信号传输的电性连接的方式。“耦接”可以是直接的电性连接，也可以通过中间媒介间接电性连接。

为方便理解，首先对本申请涉及到的部分专有名词进行说明。

组件级电力电子设备：区别于组串式电力电子设备，具备组件级的最大功率点跟踪(MPPT，Maximum Power Point Tracking)功能和监控功能，可以更进一步地提升光伏发电系统的发电量，搭配适合的关断策略，还可以实现组件级快速关断(RSD，RapidShutdown)功能，从而极大提高光伏发电系统的安全性。

MPPT功能：控制后端输入电压工作在光伏组件的最大功率点电压(Vmpp，MaximumPower Point Voltage)，实现光伏组件输出最大功率。

PLC：电力线通信(power line communication)，也叫载波通信，是指利用既有电力线作为信息传输媒介，将数据或信息以数字信号进行传输的通信方式。

失配：串联连接或者并联连接的多个光伏组件，当多个光伏组件中部分光伏组件的环境条件(例如辐照、温度等)与其他光伏组件不同时，多个光伏组件串联连接或者并联连接之后的功率小于各个光伏组件各自的最大功率点之和。

心跳保护机制：心跳保护机制是通信系统中用来判定设备间通信是否正常的安全监控机制。在这一机制中，主机会定时向从机发送“心跳帧”，从机在接收到心跳帧后会向主机发送反馈，以告知主机通信连接正常。如果主机没有收到反馈信息，则会采取如尝试重新连接等补救措施。在一些系统中，从机在接收到心跳帧后不会向主机发送反馈，而是自行根据是否接到心跳帧判断通信是否异常，并在从机端做出相应操作。

孤岛效应：在分布式的发电系统中，当电网供电因故障事故或停电维修而跳闸时，各个用户端的分布式并网发电系统(如光伏发电、风力发电、燃料电池发电等)未能及时检测出停电状态从而将自身切离市电网络，最终形成由分布并网发电系统和其相连负载组成的一个自给供电的孤岛发电系统。

参见图1，该图为本申请实施例提供的一种光伏系统的架构示意图。本实施例中，所述光伏系统包括多个变换器1-n，所述变换器1-n的正负输入端用于与光伏组件1-n的正负输出端分别一一对应相连，所述变换器1-n的输出端并联后与电网105耦合。该架构下，可以有多个光伏组件通过变换器与电网105耦合，通过多个变换器的输出端并联耦合至电网105，从而使电网具备较大功率的供电能力。

由于单个光伏电池片的输出功率较小，光伏组件可以是由多个光伏电池片通过串联或者并联组合而成，从而使得光伏组件的输出功率增大，本申请不对光伏组件的组成进行限制。

所述变换器1-n用于将光伏组件1-n的直流电转换为输送给电网的交流电，以实现光伏发电的作用，而且所述变换器1-n分别一一对应连接所述光伏组件1-n的输出端，用于控制每一个光伏组件1-n的输出电压，以实现对所述光伏组件1-n的最大功率跟踪。

所述变换器1-n包括微型逆变器。其中微型逆变器是一种小型化、高度集成化的功率变换设备，其可以安装在建筑的屋顶靠近光伏组件的位置，具备逆变功能、MPPT功能、组件级关断或监控等功能，应用于本架构，可以实现如下过程：以光伏组件1为例，光伏组件1将太阳能转换成直流电，变换器1可以将该直流电转换成电网105所需的具有特定频率、特定电压等电气参数的交流电，该交流电再提供给负载使用。

应理解，本实施例中，单个光伏组件对应连接单个变换器，但也存在多个光伏组件对应连接单个变换器的情况，本申请并不对变换器对应连接的光伏组件数量进行限制。以微型逆变器为例，微型逆变器“一拖一”的解决方案，其方案就是单个光伏组件对应连接单个微型逆变器，微型逆变器“一拖二”、“一拖四”等解决方案，其方案就是两个光伏组件对应连接单个微型逆变器，四个光伏组件对应连接单个微型逆变器等。

参见图2，图2是本申请实施例提供的又一种光伏系统的架构示意图。该光伏系统包括变换器1-n和变换器2-m以及逆变器104。所述变换器1-n和2-m的输入端用于分别一一对应连接光伏组件1-n和光伏组件2-m的输出端。所述变换器串联形成p个光伏组串，p大于等于2，其中变换器1-1至1-n的输出端串联形成光伏组串1，所述变换器2-1至2-m的输出端串联形成另一个光伏组串2。

所述光伏组串1内的变换器1-1的输入端连接光伏组件1-1，变换器1-n的输入端连接光伏组件1-n，变换器1-1至变换器1-n的输出端串联在一起通过正直流电力线106和负直流电力线107连接逆变器104的输入端。同理，光伏组串2内的变换器2-1的输入端连接光伏组件2-1，变换器2-m的输入端连接光伏组件2-m，变换器2-1至变换器2-m的输出端串联在一起通过正直流电力线106和负直流电力线107连接逆变器104的输入端。

所述逆变器104的输出端连接电网105，所述逆变器104为三相逆变器，电网105为三相交流电网，或者，逆变器104也可以为家庭用的单相逆变器，对应的电网105为户用交流电网。

应理解，在一种实施方案中，变换器可以是关断器。关断器具备组件关断功能，是一种安装于光伏组件和逆变器之间的组件级电力电子设备，其可以实现快速关断每一块光伏组件同逆变器之间连接的功能，一般安装于近光伏组件侧的建筑屋顶。

在另一种实施方案中，变换器可以是优化器，优化器是一种安装在光伏组件和逆变器之间的功率变换设备，可以消除光伏组件的失配现象，并具有单个光伏组件的MPPT功能，从而对整个光伏发电系统的发电量形成较大的提升。优化器应用于本架构，可以实现如下过程：以光伏组串1为例，单个光伏组件1-1至1-n将太阳能转换为直流电，经对应连接的优化器1-1至1-n进行功率变换后，多个变换器输出的直流电串联汇流至逆变器104的输入端。相对于优化器，逆变器是优化器的下一级功率变换设备。逆变器104的输入端称为逆变器的“一路”输入，同理，光伏组串2也会将输出的直流电串联汇流，并以另“一路”的方式输送至逆变器104的输入端。本申请实施例中，优化器还具备组件级的快速关断功能，进一步地降低了光伏发电系统的安全风险。

下面结合附图对本申请提供的组件级电力电子设备的最大功率跟踪功能和快速关断功能的实现进行说明，为方便描述，以下仅以优化器为例进行阐述。应理解，以下进行说明的实现快速关断的方式不局限于优化器，它们同样适用于如图1和图2所示的更多组件级电力电子设备。

此外，本申请提供的组件级电力电子设备快速关断功能，其含义也并不仅限于字面“关断”所简单反映的将组件级电力电子设备从光伏发电系统中断开隔离开来，也反映了将组件级电力电子设备的输出电压、输出电流或者输出功率降低到特定电压以下。

以图2中光伏组串1与逆变器104的连接关系为基础，图3是本申请实施例提供的一种优化器-逆变器连接示意图，其中，光伏组件分别与优化器一一对应连接，具体的，光伏组件1-1的输出端与优化器1-1的输入端相连，光伏组件1-(n-1)的输出端与优化器1-(n-1)的输入端相连，光伏组件1-n的输出端与优化器1-n的输入端相连；多个优化器1-1的输出端串联连接后作为逆变器104的输入与逆变器104连接，具体的，优化器1-1的一个输出端与逆变器104的一个输入端连接，优化器1-1的另一个输出端与相连的优化器1-2的一个输出端连接，类似的，优化器1-(n-1)的一个输出端与相连的优化器1-(n-2)的一个输出端连接，优化器1-(n-1)的另一个输出端与优化器1-n的一个输出端连接，优化器1-n的另一个输出端与逆变器104的另一个输入端连接。更具体的，以优化器1-1为例，优化器1-1包括直流变换单元101、信号处理单元103和控制单元102，逆变器104包括逆变器104信号收发单元108和逆变电路109。优化器1-1通过正直流电力线106和逆变器104相连，优化器1-n通过负直流电力线107和逆变器104相连。

上述直流变换单元101包括降压电路(Buck Converters)、升压电路(BoostConverters)、降压-升压电路(Buck-Boost Converters)、正激电路(Forward Converters)或者反激电路(Flyback Converters)中的一种或多种的结合。一方面，直流变换单元101用于工作在MPPT追踪模式，例如，在本申请提供的光伏系统架构下，一个优化器对应连接着一个光伏组件，该光伏组件的功率输出特性曲线受到例如温度、太阳辐射或阴影等因素的影响而有所不同，而优化器的直流变换单元101中包含有多个开关管，该优化器通过脉宽调制对所述一个或多个开关管的占空比进行控制，使得优化器的输入电压始终跟踪于光伏组件的最大功率点工作电压，光伏组件保持功率输出的最大化；另一方面，直流变换单元101用于工作在限制电压模式，该模式下，该优化器通过脉宽调制对所述一个或多个开关管的占空比进行控制，使得优化器的输出电压为一特定电压阈值，在该特定电压阈值下，逆变器104具有相对于调节电压前更小的输入电压或维持逆变器的输入电压内在可承受范围内，以实现对逆变器的保护。简而言之，直流变换单元101可以根据不同的运行策略，输出不同的电压值以满足光伏系统的不同运行需求。

信号处理单元103和信号收发单元108用于接收或发送PLC信号。应当理解的是，图3中所示的信号处理单元103同逆变器104的耦合方式是其中一种示意，信号处理单元103同逆变器104的耦合方式包括双侧耦合(耦合到逆变器输出的的两侧)和单侧耦合(耦合到逆变器输出的的一侧)，耦合种类包括变压器耦合和磁环耦合，本申请并不对信号处理单元103同逆变器104的耦合方式和耦合种类进行限制。

控制单元102用于根据信号处理单元103接收的信息或根据其内部预存的运行信息，控制优化器中直流变换单元101中开关管的闭合或关断。

逆变电路109用于将直流电转换为交流电。

同一光伏组串中，除优化器1-1和优化器1-n外，其余优化器并不与逆变器104直接连接，但由于多个优化器的输出端串联，每个优化器里面的优化器信号处理单元均可以对逆变器104广播发送的信号进行处理，从而使得所有优化器均能接收来自逆变器104的指令并执行相应动作。

本申请如图1或图2所示实施例中光伏系统内，所述逆变器104和优化器之间不仅具有电力连接方式，还具有PLC通信连接方式。所述逆变器104和所述优化器之间的通信方式，除PLC通信连接外，还包括RS485、zigbee和sub-1G等连接方式，本申请中，主要以PLC通信方式对实施例进行说明。

以下结合图3所示的光伏系统对PLC通信的实现过程进行详细说明。

参考图3，所述光伏系统在PLC通信方式下，逆变器104和优化器1-1至1-n利用图3所示的电力线106或107进行数据交互。

以优化器1-1为例，由于优化器1-1和逆变器104之间存在着数据交互，而这些数据交互对于维持逆变器104和优化器1-1的正常运行又不可或缺，所以确保PLC通信方式的可靠性则显得尤为重要。为了保证通信可靠性，确保优化器1-1和逆变器104间不失联或者断联，本申请实施例采用心跳保护机制来检测逆变器104和优化器1-1之间的通信状态。

一种实施方式中，心跳保护机制中的主机为逆变器104，从机为优化器1-1，在光伏系统开机运行后，逆变器104会定时或周期性地向优化器1-1发送心跳帧，优化器1-1在接收到心跳帧后会向逆变器104发送反馈信息，若逆变器104没有收到反馈信息，则会采取如尝试重新连接等补救措施。

一种实施方式中，心跳保护机制中的主机为逆变器104，从机为优化器1-1，在光伏系统开机运行后，逆变器104会定时或周期性地向优化器1-1发送心跳帧，优化器1-1不会向逆变器104发送反馈信息，而是自行根据是否接到心跳帧的不同情况，在优化器1-1端作出相应的操作。

在本申请中，除心跳帧外，逆变器在检测到故障情况或收到用户下发的调控指令后，逆变器104还会向优化器1-1发送调压指令，该调压指令可以指示优化器1-1对直流变换单元101进行调控，从而使优化器1-1输出特定的电压或电流。所述心跳帧与所述调压指令的频率可以相同，也可以不同。

逆变器104和优化器通过逆变器104侧的信号收发单元108和优化器1-1的信号处理单元103进行数据交互，所述数据交互的通信方式为PLC通信，进行数据交互的PLC信号包括心跳帧和调压指令，上述心跳帧和调压指令均属于周期性通信信号。整个通信过程具体如下：

在逆变器104和优化器间运行期间，信号收发单元108通过PLC通信方式将心跳帧和调压指令叠加的PLC信号，通过广播的方式发送给各优化器，信号处理单元103接收到PLC信号后，对该PLC信号进行处理，并将处理后的PLC信号发送给优化器内部的控制单元102，控制单元102根据处理后的PLC信号，再控制直流变换单元101的工作，对优化器的输出电压或者输出电流进行调整。

以下仅以优化器1-1为例进行说明，应当理解，从属于同一光伏组串中的优化器均能接收到PLC信号，下面不再对同一光伏组串中的其余优化器的工作原理进行赘述。

本申请实施例的光伏系统中，所述优化器1-1根据接收到的心跳帧和调压指令，切换优化器的不同工作模式，所述工作模式包括正常工作模式、安全工作模式以及关机模式。下面先介绍三种不同工作模式下，逆变器和优化器器件的数据通信方式和工作原理。

正常工作模式：在正常工作模式下，所述逆变器104通过PLC通信方式向优化器发送周期性心跳帧，在该模式下，优化器1-1成功接收到来自逆变器104的周期性心跳帧。基于成功接收到周期性心跳帧且未接收到调压指令，优化器判定所述优化器1-1和逆变器104之间的通信正常且需要执行正常工作模式，在该模式下，为增大逆变器104的功率输入，优化器1-1尽可能地输出较大的功率，例如，优化器1-1控制优化器1-1输入端电压处于光伏组件的最大功率点电压或在最大功率点电压附近向最大功率点靠近，直流变换单元101工作在MPPT追踪模式。常见的触发优化器1-1执行正常工作模式的情况包括清晨光照达到光照强度初始阈值和用户开机光伏发电系统时。在清晨，当光伏组件接受到超过光照强度初始阈值的光照时，逆变器和优化器上电并开始工作，逆变器开始向优化器发送PLC信号，优化器接收到周期性心跳帧后，判定逆变器同优化器的通信正常，开始执行正常工作模式输出电压。在用户开机时，用户主动闭合逆变器104的直流开关，直流开关安装于逆变器104侧，而直流开关闭合后，优化器1-1同逆变器104之间形成电气连接，优化器1-1成功接收到来自逆变器104的心跳帧，在优化器1-1接收到周期性心跳帧后，优化器1-1执行正常工作模式输出电压。

安全工作模式：在安全工作模式下，优化器1-1仍接收到来自逆变器104的周期性心跳帧，并基于成功接收到周期性心跳帧判定优化器1-1同逆变器104之间的通信正常。但在该模式下，除心跳帧外，逆变器104还通过PLC通信方式发送周期性调压指令，优化器1-1成功接收到周期性调压指令后，基于成功接收到周期性心跳帧且接收到周期性调压指令，优化器判定所述优化器1-1和逆变器104之间的通信正常且需要执行安全工作模式。在该模式下，根据该调压指令，优化器1-1限制输出优化器1-1输出端的电压或电流，例如限制优化器1-1的输出电压在某一特定电压，控制直流单元101处于限制电压模式，在该限制电压模式下，逆变器的输入电压也受到限制，从而实现光伏系统中逆变器侧设备的保护。应理解的是，在安全工作模式下，所述特定电压的具体值是可以进行调节的，其具体值的大小受到产品安装当地标准、优化器的数量等因素影响，所述特定电压具体值的设定均能满足逆变器侧的设备不会受到损坏。另外，触发优化器1-1执行安全工作模式的情况较复杂，下面将结合图4对多种触发安全工作模式的情况进行说明。

关机模式：在关机模式下，优化器1-1超过一时间段未接收到来自逆变器104的心跳帧，该时间段包括心跳帧的M倍周期的时间，其中M为常数，该时间段也可以为一预设的时间，其取决于优化器所处工作环境PLC通信的稳定性，稳定性越高，该时间段越长，稳定性越低，该时间段越短，以充分保证优化器同逆变器间的通信正常。然后基于未能成功接收到周期性心跳帧判定优化器1-1同逆变器104之间的通信异常，逆变器104已无法对优化器1-1实施有效控制，优化器1-1控制输出电压为关机电压，该电压为优化器1-1出厂时预设的电压，所述预设低电压范围为1至48伏。此时即使人员直接触摸到光伏组串的输出端口也不会有危险，从而最大程度地保证用户和维修人员的安全。常见的触发优化器1-1执行关机模式的情况包括用户人为关闭逆变器104。在该种情况下，用户主动断开逆变器104的直流开关，直流开关安装于逆变器104侧，而直流开关断开后，优化器1-1同逆变器104之间的电气连接断开，优化器1-1不再能接收到来自逆变器104的心跳帧，在优化器1-1超过一固定时间未接收到来自逆变器104的心跳帧后，优化器1-1执行关机模式。

上述三种工作模式，优化器会根据其接收到的PLC信号情况的不同，选择维持当前工作模式或者切换到另一种工作模式。在一些实施例中，在t1时间段之前优化器1-1收到的PLC信号中包含心跳帧但是不包含调压指令，则优化器1-1维持工作在正常工作模式；在t1-t2时间段内，优化器接收到的PLC信号中同时包含心跳帧和调压指令，则优化器在t2时刻切换到安全工作模式；t2-t3时间段内，优化器接收到的PLC信号包含心跳帧和调压指令，则优化器维持在安全工作模式；在t3-t4时间段内，优化器接收到的PLC信号包含心跳帧但未接收到调压指令，则优化器在t4时刻从安全工作模式切换到正常工作模式；在t4-t5时间段内，优化器接收不到PLC通信信号，也就是没有接收到心跳帧，则在t5时刻，优化器会选择从正常工作模式切换到关机模式，其中t1到t5依照顺序发生，每两个时刻之间的时间段可以相等也可以不相等。

上述三种工作模式主要区别体现在优化器1-1输出电压状态变化的控制上，实际上不同的工作模式和优化器1-1的不同输出电压状态是分别对应的。在一些实施例的描述中，具体实施例可以描述成优化器1-1根据是否接收到的心跳帧信号以及调压指令，直接调整输出电压，不需要同时体现不同工作模式的变化。

例如：响应于所述多个优化器1-1中的部分或全部在一时间段内接收不到来自逆变器104的周期性PLC信号或心跳帧，所述接收不到信号的优化器1-1调整所述优化器1-1的输出端输出的电压为关机电压，所述关机电压为一预设的安全电压值；

响应于所述多个优化器1-1中部分或全部接收到来自逆变器104所述心跳帧且接收不到所述调压指令，对应的优化器1-1控制输出电压小于或等于第一电压；

响应于所述多个优化器1-1全部或部分接收到所述心跳帧且接收到所述调压指令，对应的优化器控制输出电压小于或等于第二电压，所述第二电压小于所述第一电压，所述第二电压大于所述关机电压。

可见，在上述光伏系统中优化器1-1根据PLC信号的变化，判断逆变器104的不同工作状态或对前级功率输入的不同需求，从而及时调整优化器1-1的相应工作状态，从而在各种不同工况下有效且及时的对逆变器104进行保护。本发明实施例通过在光伏系统的优化器和逆变器的通信中，如PLC通信，加载调压指令，使优化器能够在逆变器出现过压、过流或漏电等故障后，及时将输出调压调整到安全范围，从而及时有效的保护后级逆变器设备，提高整个光伏系统的运行安全。

以下结合图4对本申请实施例提供的多种触发安全工作模式的情况进行说明，图4是本申请实施例提供的又一种优化器-逆变器连接示意图。除光伏组件与优化器外，图4所示的光伏发电系统还包括，逆变器104、第一交流母线、第二交流母线和电网105，逆变器104包括直流变换电路110、直流母线、逆变电路109、采样电路和控制器。如图4所示逆变器104的输入端连接3路光伏组串，具体而言，每路光伏组串连接至对应的直流变换电路110。直流变换电路110将变换后的直流电汇流至直流母线，逆变电路再从直流母线上取电，并将直流电转换为交流电然后输送至第一交流母线，最后输送直流电至电网105，在一些发电功率较大的光伏发电系统中，第一交流母线上的低压交流电还会通过变压器升压后输送至第二交流母线，最后再输送直流电至电网105。逆变器中的采样电路可以实时采集包括直流变换电路110的输入端(或者光伏组串的输出端)与逆变电路109的输出端的电压、电流和功率等电气数据，再将采集的数据传输给逆变器中的控制器，控制器根据这些实时采集的电气数据，判断逆变器的工作状态，根据不同的工作状态向逆变器内部各电气元件下发不同的指令，以执行最佳的运行策略。

在一些可能的实施例中，逆变器104可以在以下情况发生时向优化器1-1下发调压指令，包括：(1)逆变器104输入端过压；(2)逆变器104输入端过功率；(3)逆变器104发生孤岛效应。

下面分别对上述三种情况做简要说明。

(1)逆变器104输入端过压。控制器检测到直流变换电路110的输入端电压超过一预设电压阈值，判定所述逆变器104输入端过压，该预设电压阈值与逆变器104的硬件电路承载能力有关，对于单相逆变器，该预设电压阈值为600V，对于三相逆变器，该预设电压阈值为1100V。超过上述电压阈值，逆变器可能会发生故障或损毁。发生逆变器输入端过压时，在优化器切换成安全工作模式时，可以将优化器的输出电压调整到当前电压的K倍，其中K小于1，所述K取决于逆变器输入侧安全电压的具体值，优选地，K为0.5倍或者0.1倍，以实现对逆变器的保护。特别的，为了排除发电系统偶尔出现的电力波动，只有当直流变换电路110的输入端电压超过一预设电压阈值的情况持续超过一段时间后，优化器才将自身切换成安全工作模式。

(2)逆变器104输入端过功率。光伏系统在设计时，为了使逆变器能够得到充分利用，通常允许逆变器具备一定的超配比，例如，光伏系统中，光伏组件的理论最大输入功率为12KW，逆变器的最大允许输入功率为10KW，则逆变器的功率超配比为12KW与10KW的比值1.2。在一般的光照条件下，光伏组件的实际输出功率小于10KW，此时逆变器正常进行工作即可，但在光照条件长时间较好，光伏组件的实际输出功率长时间大于10KW时，逆变器长期保持超负荷工作状态，此时需要对逆变器的输入功率进行限制，本申请实施例通过向优化器1-1下发调压指令，来限制优化器的输出电压进而限制逆变器的功率，以达到保护逆变器的目的。

(3)逆变器104发生孤岛效应。由于电网发生故障等原因，导致逆变器104所处的光伏发电系统相对于电网已完全独立，逆变器104识别到自身已发生孤岛效应，为避免孤岛系统中的电压和频率发生过大的波动以损害电气设备，逆变器104基于此情况向优化器1-1下发调压指令。

为满足逆变器104的输入要求，优化器1-1在正常工作时一般都会根据光伏组串中优化器1-1的数量以及逆变器104输入电压的限制，设置优化器1-1的限压点，在光伏发电系统开始正常工作后，优化器1-1将会始终将自己的输出电压限制为该限压点以下。例如：逆变器104输入电压被限制为500V，而与逆变器104输入端连接有10个逆变器104，则优化器1-1应当设置自身的限压点为50V，以使优化器1-1在工作过程中始终输出小于50V的电压。以优化器1-1的限压点为50V为例，本申请提供以下两种方法以实现优化器1-1的限压点设置。方法其一，在首次安装优化器1-1并进行开机调试后，优化器1-1即根据优化器1-1数量和系统电压限制将限压点设置在50V，此后该限压点数据存储于优化器1-1内部，后续优化器1-1工作时即可从优化器1-1内部直接调用该数据，无需再次进行限压点的设置，此方法实现策略简单，效果较好。方法其二，优化器1-1所需设置的限压点数据由逆变器104下发，而不会储存于优化器1-1中，该方法下，在逆变器104和优化器1-1正常工作时，逆变器104周期性地向优化器1-1下发50V的限压点信号，优化器1-1接收该限压点信号并始终保持工作时的输出电压不超过50V。

应理解，上述方法其二中的限压点信号，在本申请所提供的优化器1-1安全工作模式下，仍有可能出现，但在方法其二中所述的限压点信号与安全工作模式中的调压指令至少有着一点明显区别，即，触发条件不同，限压点信号的触发条件为逆变器104和优化器1-1均正常工作，而调压指令的触发条件则是在逆变器发生故障，具体故障类型包括上述的3种逆变器发生故障的情况：(1)逆变器104输入端过压；(2)逆变器104输入端过功率；(3)逆变器104发生孤岛效应。

结合上述优化器的限压点，在一种实施方式中，第一电压为优化器的限压点对应的电压。所述优化器用于在所述第一电压或所述限压点范围内调整优化器的输入电压，以对所连接的光伏组件的功率输出进行最大功率跟踪MPPT。所述关机电压为一预设的安全电压值，第二电压介于第一电压与关机电压之间。所述第一电压可以是一个预设固定值，也可以根据优化器的需求或者逆变器的指令进行调整更新。在优化器的信号处理单元在一时间段内接收不到所述周期性通信信号时，控制所述功率变换设备输出的电压为关机电压；在优化器的信号处理单元接收到所述周期性通信信号但所述周期性通信信号中没有包含调压指令时，控制所述功率变换设备输出的电压小于或等于第一电压；在优化器的信号处理单元接收到所述周期性通信信号且所述周期性通信信号中包含所述调压指令，控制所述功率变换设备输出的电压小于或等于第二电压。在一种实现方式中，第二电压为第一电压的P倍，其中P<1,P包括0.5或者0.1。

特别地，在安全工作模式下，由于优化器1-1仅仅是输出的电压或者电流受到了限制，直流变换单元101并未完全下电，当优化器1-1从接收定时的心跳帧和调压指令变更为仅接收到来自逆变器104的心跳帧时，优化器1-1中的控制单元102可以迅速通过占空比的改变等方式使得直流变换单元101从限制电压模式迅速恢复成MPPT追踪模式，优化器1-1也迅速从安全工作模式转换成正常工作模式，因此优化器1-1所在的光伏组串仍具备迅速恢复成输出较高电压的能力，从而使得逆变器104也可以在较短时间内恢复正常输出。

同理，在正常工作模式下，直流变换单元101处于MPPT追踪模式，逆变器104定时向优化器1-1发送心跳帧，优化器1-1接收定时的心跳帧，当优化器1-1从仅接收定时的心跳帧变更为除接收到来自逆变器104的心跳帧外，还接收到来自逆变器104的调压指令，优化器1-1中的控制单元102可以迅速通过占空比的改变等方式使得直流变换单元101从MPPT追踪模式转换为限制电压模式，优化器1-1也迅速从正常工作模式转换成安全工作模式，及时保证了发生故障时逆变器设备的安全。

本申请实施例中，优化器1-1可以在正常工作模式、安全工作模式和关机模式之间快速切换，从而在光伏系统发生故障的情况下，快速降低光伏组串的输出电压，保证逆变器的安全，在优化器1-1安装和检修等场景下，限制光伏组串的输出电压至安全电压，保证人员的人身安全，在优化器的发电情景发生变化时，迅速切换优化器的工作模式，。本申请的实施例既能够充分保证逆变器设备的安全，又能够充分保证用户和维修人员的安全，还能够极大地降低检修、安装和维护等工作对用户用电的影响。

下面结合流程图对本申请实施例提供的控制优化器工作的方法进行说明。

图5是本申请实施例提供的优化器工作模式切换流程示意图。步骤20中，优化器开机，此时对应的实际场景可能是清晨太阳升起时，阳光为光伏组件提供了用于能量转换的阳光，优化器具备开机所需的电能，可选的，优化器还接收到了来自逆变器发送的开机指令。接着优化器会执行步骤21，该步骤下，优化器会判断是否定时的收到了心跳帧，此处定时收到心跳帧的情况包括优化器在一段时间内收到了以特定频率发送的心跳帧信号，若满足该条件，则执行步骤22，如果不满足，例如心跳帧的频率不是特定频率、收到心跳帧的时间不满足上述一段时间的条件或者根本没有接受到心跳帧信号等，则执行步骤25。步骤25中，优化器执行关机动作，关机模式下，优化器输出端的电压输出的电压为优化器出厂时的预设电压，该电压可以大于安全模式下优化器的输出电压，也可以小于安全模式下优化器的输出电压，但一定小于优化器的限压点的电压。在关机电压下，即使1个光伏组串中串联有多个优化器的情况下，逆变器电力线上的电压也不会超过安全电压，用户或者维修人员就算直接触碰到电力线，也不会产生触电危险。步骤22中，优化器工作在正常工作模式，在正常工作模式下，优化器一般会执行MPPT功能，优化器调控其输入电压为光伏组件功率特性曲线中位于最大功率点所对应的工作电压，其输出电压根据功率变换器的需求和光伏组串的电气特性在一定范围内波动。接着优化器会执行步骤23，该步骤下，优化器判断是否收到调压指令或发生告警状况，若是，则优化器执行步骤24，若否，则优化器返回步骤22。此处调压指令在发生上述3种故障时，逆变器向优化器发送的PLC信号。步骤24中，优化器工作于安全工作模式，在该模式下，优化器通过调控其内部进行功率变换的占空比，例如，相对于正常工作模式，占空比改变，从而限制优化器的输出，保持优化器输出的电压为特定电压，从而限制逆变器的输入电压，保证逆变器的设备安全。

在上述各种工作模式下，优化器会向北向设备上报其运行状态，本申请实施例中，处于关机模式时，优化器上报“关机”状态，处于正常工作模式和安全工作模式时，优化器上报“运行”状态，发生故障时，优化器上报“故障”状态。

图6是本申请实施例提供的逆变器工作流程示意图。步骤26中，逆变器处于关机状态，此时对应的实际场景可能是夜晚没有太阳光照或者太阳光照弱，或者用户断开了逆变器侧的直流开关，此时的逆变器还未上电，或者其电压不足以支撑逆变器中用于信号传输的各器件上电工作。接着是步骤27，逆变器会持续的判断自身是否满足开机条件，当太阳光较强或者用户开启逆变器侧的直流开关，使得逆变器的电压抬升到逆变器用于信号传输的电压之上，逆变器则执行步骤28，开始同优化器进行信号传输，这里逆变器同优化器之间传递的信号就包括上述的心跳帧、调压指令和限压点信号等；当逆变器判断当前时刻下，自身仍不满足开机条件，则会返回执行步骤26。逆变器开启信号传输后，会执行步骤29开机，此时逆变器中的各元器件基本均开始工作，优化器持续向逆变器输入直流电，逆变器持续向外输出用户负载所需的交流电。接着是步骤30，逆变器会判断自身是否发生告警状况。如果没有发生告警状况，逆变器则返回执行步骤29。若告警状况发生，则表明当前状况下，逆变器已不适合继续向用户负载提供交流电，应该及时进行关机，否则将烧毁逆变器内部电气元件，严重地还将引发火灾，威胁用户生命财产安全。告警状况发生后，逆变器执行步骤31，即切断信号传输，在切断信号传输后，逆变器返回执行步骤26，逆变器关机。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种功率变换设备，其特征在于，所述功率变换设备包括：直流变换单元、信号处理单元和控制器，所述直流变换单元用于将光伏组件产生的直流电转换后输出给下一级功率变换设备；

所述信号处理单元与所述功率变换设备的输出连接，并用于接收所述下一级功率变换设备发送的周期性通信信号；

所述控制器用于，

响应于所述信号处理单元在一时间段内接收不到所述周期性通信信号，控制所述功率变换设备输出的电压为关机电压，所述关机电压为一预设的安全电压值；

响应于所述信号处理单元接收到所述周期性通信信号但所述周期性通信信号中没有包含调压指令，控制所述功率变换设备输出的电压小于或等于第一电压；

响应于所述信号处理单元接收到所述周期性通信信号且所述周期性通信信号中包含所述调压指令，控制所述功率变换设备输出的电压小于或等于第二电压，所述第二电压小于所述第一电压，所述第二电压大于所述关机电压。

2.根据权利要求1所述的功率变换设备，其特征在于，

所述周期性通信信号为PLC信号，所述PLC信号包含心跳帧；

所述控制器用于，

响应于所述信号处理单元在一时间段内接收不到所述心跳帧，控制所述功率变换设备输出的电压为所述关机电压。

3.根据权利要求2所述的功率变换设备，其特征在于，

所述控制器用于，

响应于所述信号处理单元接收到所述PLC信号且所述PLC信号包含所述心跳帧接但不包含所述调压指令，控制所述功率变换设备输出的电压小于所述第一电压；

响应于所述信号处理单元接收到所述PLC信号且所述PLC信号中同时包含所述心跳帧和所述调压指令，控制所述功率变换设备输出的电压小于所述第二电压。

4.根据权利要求3所述的功率变换设备，其特征在于，

所述控制器用于，

响应于所述信号处理单元接收到所述PLC信号且所述PLC信号中同时包含所述心跳帧和所述调压指令，调整所述功率变换设备输出的电压为所述功率变换设备当前输出电压的K倍，所述K小于1或者所述K为0.5或0.1。

5.根据权利要求1所述的功率变换设备，其特征在于，

所述控制器用于，

响应于所述信号处理单元接收到所述周期性通信信号但所述周期性通信信号中没有包含所述调压指令，，控制所述直流变换单元工作在最大功率追踪模式，所述最大功率追踪模式下，所述直流变换单元的输出电压变化，且与所述直流变换单元连接的光伏组件的输出功率最大；

响应于所述信号处理单元接收到所述周期性通信信号且所述周期性通信信号中包含所述调压指令，控制所述直流变换单元工作在限制电压模式，所述限制电压模式下，所述直流变换单元输出的电压恒定。

6.一种功率变换设备控制方法，其特征在于，所述方法包括：

响应于功率变换设备接收不到心跳帧，控制所述功率变换设备输出的电压为关机电压，所述关机电压为一预设的安全电压值；

响应于所述功率变换设备接收到所述心跳帧且接收不到调压指令，控制所述功率变换设备输出的电压小于或等于第一电压；

响应于所述功率变换设备接收到所述心跳帧且接收到所述调压指令，控制所述功率变换设备输出的电压小于或等于第二电压，所述第二电压小于所述第一电压，所述第二电压大于所述关机电压。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

当检测到逆变器的输入端电压超过一过压阈值时，所述逆变器用于接收所述功率变换设备输出的直流功率并向所述功率变换设备下发所述调压指令，所述功率变换设备接收到所述调压指令，控制所述功率变换设备的输出电压小于所述过压阈值，所述功率变换设备与所述逆变器通过电力线连接，所述心跳帧和所述调压指令通过所述电力线传输。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

当检测到所述逆变器的输入端功率超过一过功率阈值时，所述逆变器用于接收所述功率变换设备输出的直流功率并向所述功率变换设备下发所述调压指令，所述功率变换设备接收到所述调压指令，控制所述功率变换设备的输出电压减小，所述功率变换设备与所述逆变器通过电力线连接，所述心跳帧和所述调压指令通过所述电力线传输。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

当检测到所述逆变器所处的发电系统发生孤岛效应时，所述逆变器用于接收所述功率变换设备输出的直流功率并向所述功率变换设备下发所述调压指令，所述功率变换设备接收到所述调压指令，控制所述功率变换设备的输出电压减小，所述功率变换设备与所述逆变器通过电力线连接，所述心跳帧和所述调压指令通过所述电力线传输。

10.一种光伏发电系统，其特征在于，包括：

多个优化器，所述多个优化器用于将光伏组件产生的直流电转换后输出给逆变器；

逆变器，所述逆变器用于向电网或者用户负载供电，所述逆变器还用于向所述多个优化器发送心跳帧和调压指令，所述心跳帧和所述调压指令通过所述逆变器与所述优化器之间的电力线进行传输；

响应于所述多个优化器在一时间段内接收不到所述心跳帧，所述多个优化器输出的电压为关机电压，所述关机电压为一预设的安全电压值；

响应于所述多个优化器接收到所述心跳帧且接收不到所述调压指令，所述多个优化器输出的电压小于或等于第一电压；

响应于所述多个优化器接收到所述心跳帧且接收到所述调压指令，所述多个优化器输出的电压小于或等于第二电压，所述第二电压小于所述第一电压，所述第二电压大于所述关机电压。

11.根据权利要求10所述的光伏发电系统，其特征在于，

当所述逆变器的输入端电压超过一过压阈值或所述逆变器的输入端功率超过一过功率阈值时，所述逆变器向所述优化器下发所述调压指令，所述优化器接收到所述调压指令，所述优化器控制自身的输出电压小于或等于所述第二电压。

12.根据权利要求10所述的光伏发电系统，其特征在于，

响应于所述多个优化器中部分或全部优化器在一时间段内接收不到所述心跳帧，所述接收不到所述心跳帧的优化器调整输出电压为关机电压，所述关机电压为一预设的安全电压值；

响应于所述多个优化器接收到所述心跳帧且接收不到所述调压指令，所述多个优化器输出的电压小于或等于第一电压；

响应于所述多个优化器接收到所述心跳帧且接收到所述调压指令，所述多个优化器输出的电压小于或等于第二电压，所述第二电压小于所述第一电压，所述第二电压大于所述关机电压。

13.根据权利要求10所述的光伏发电系统，其特征在于，

当所述逆变器所处的发电系统发生孤岛效应时，所述逆变器向所述优化器下发所述调压指令，所述优化器接收到所述调压指令，所述优化器控制自身的输出电压小于或等于所述第二电压。

14.根据权利要求10所述的光伏发电系统，其特征在于，

当所述逆变器满足开机条件时，所述逆变器向所述优化器发送所述心跳帧或所述调压指令；

当所述逆变器检测到告警信号时，所述逆变器停止向所述优化器发送所述心跳帧或所述调压指令，并执行关机动作。

15.根据权利要求10所述的光伏发电系统，其特征在于，所述多个优化器输入用于分别连接光伏组件，所述多个优化器的输出串联后连接所述逆变器的输入；

所述逆变器用于，通过PLC向所述多个优化器广播发送所述心跳信号以及所述调压指令，所述调压指令，用于调整所述多个优化器输出的电压为所述多个优化器当前输出电压的K倍，所述K小于1或者所述K为0.5或0.1。