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CN109672166B - 功率优化系统及其优化方法 - Google Patents

功率优化系统及其优化方法 Download PDF

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CN109672166B CN201710961196.4A CN201710961196A CN109672166B CN 109672166 B CN109672166 B CN 109672166B CN 201710961196 A CN201710961196 A CN 201710961196A CN 109672166 B CN109672166 B CN 109672166B
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Abstract

本发明主要涉及到功率优化系统及其优化方法。由多级电压转换器串联，每一级电压转换器均将从与之对应的直流电源撷取的电能转换成输出功率，多级电压转换器各自的输出电压叠加藉此作为直流母线电压，每一级电压转换器均用于将与之对应的直流电源的输出电流和输出电压设置在最大功率点。非持续固定的直流母线电压以电压浮动的方式运作的模式为：在多级电压转换器对应的一系列直流电源之中，部分直流电源发生功率降低事件而引起余下另一部分直流电源对应的电压转换器的输出电压被强迫抬升至趋于超出规定范围时，直流母线电压跌落到所有电压转换器的输出电压均在规定范围内。

Description

功率优化系统及其优化方法
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电池或含有其他类型电池的发电系统中提出了一种对直流电源执行功率优化的机制，保障直流电源在可靠运行的前提下实现输出功率最大程度的优化。
背景技术
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降低，并造成能源浪费。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诸多因素，光伏组件的不匹配直接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。
在估算太阳能发电系统的整体效能时，通常是假设使用的光伏组件都具有相同的光照辐射度、温度和性能参数。然而在许多情况下，部分遮蔽效应、温度不平衡和安装倾角等因素的不同，都可能造成组件的电流和电压不匹配及系统的效能低下。阴影遮挡造成的功率损失有很多形式，可能是每年中的季节性的或是每天中的几个小时的阴影，不容易被觉察到的功率波动很难被精确预测。预先将功率优化融入到光伏发电系统的设计中，不仅可以改善光伏电站的整体发电效率，延长电站使用寿命和提高投资回报率，还可以提供光伏电站中光伏组件的布局灵活度，最大限度的利用有限的空间。
光伏组件输出的最大功率取决于最佳的工作电流乘以最佳的工作电压，在任何既定的工作条件下，存在一个规律：每块光伏组件都存在一个最大的功率点，它对应于光伏组件的最大功率输出量。最大功率点近似是关于电压和电流的指数关系的函数。最大功率追踪的技术方案，譬如中国专利申请201110097292.1披露的功率优化装置被用来监控和优化每块光伏电池板的电能，即使阵列中任意一块电池板出现失配问题，其他的电池仍然能输出最大功率，因而补偿因失配问题而产生的发电量损失。
发明内容
在可选实施例中，本发明披露了一种功率优化系统：串联的多级电压转换器，注意本申请中记载的电压转换器还可以用术语功率优化器替代；每一级电压转换器均将从与之对应的一个直流电源撷取的电能转换成输出功率；多级电压转换器各自的输出电压予以叠加藉此作为直流母线电压；每一级电压转换器均用于将与之对应的一个直流电源的输出电流和输出电压设置在最大功率点；非持续固定的直流母线电压以电压浮动的方式运作的模式为：在多级电压转换器所对应的一系列直流电源之中，一个或多个直流电源发生功率降低事件并引起余下其他直流电源对应的电压转换器的输出电压被强迫抬升至趋于超出规定范围时，直流母线电压跌落到任意一个电压转换器的输出电压均在规定范围内。
上述的功率优化系统，其中：所述的直流电源至少包括化学电池或光伏组件。
上述的功率优化系统，其中：接收所述直流母线电压的能量收集装置至少包括逆变器或充电器。
上述的功率优化系统，其中：由串联的多级电压转换器形成供应电能的链路，并且由并联的多个链路同时向所述能量收集装置提供电能。
上述的功率优化系统，其中：所述电压转换器包括：串联在接收直流电源提供的电压源的第一和第二输入端之间的第一和第二开关；串联在提供输出电压的第一和第二输出端之间的第三和第四开关；在第一和第二开关间的互连节点与第三和第四开关间的互连节点之间设有电感元件以及第二输入端耦合到第二输出端。
上述的功率优化系统，其中：所述电压转换器还至少配置有检测与之对应的直流电源的输出电流和输出电压的电流和电压监测模块，及检测电压转换器自身输出电流、输出电压的电流和电压监测模块。
上述的功率优化系统，其中：所述电压转换器将与之对应的直流电源设置在最大功率点包括：其配置的一个处理器控制所述电压转换器对与之相应的一个直流电源的输出电压和输出的对外功率实施扰动，并藉此同步检测直流电源的对外功率因为扰动的变化量与输出电压因为扰动的变化量之比值；比值超过零则判断直流电源的输出电压低于最大功率点对应的电压或者比值低于零则判断直流电源的输出电压高于最大功率点对应的电压，从而根据多次扰动的结果确定直流电源需要工作在最大功率点所对应的电压。
上述的功率优化系统，其中：在所述处理器中：乘法器将直流电源的输出电流和输出电压相乘视为输出的对外功率；并且第一微分器将对外功率进行微分处理视为对外功率的变化量；第二微分器将直流电源的输出电压进行微分处理视为输出电压的变化量；除法器将对外功率的变化量除以直流电源的输出电压的变化量计算该比值；比较器将该比值和零值进行比较得到比较结果。
上述的功率优化系统，其中：发生功率降低事件的一个或多个直流电源在功率降低事件解除之后，所述直流母线电压再次上升，从而所述直流母线电压在预定的上限值和下限值范围之内浮动。
上述的功率优化系统，其中：所述直流母线电压跌落后，未发生功率降低事件的余下其他直流电源维持工作在最大功率点状态。尽量产生最多的输出功率，使输送给能量收集装置的功率最大化。
上述的功率优化系统，其中：所述直流母线电压跌落后，未发生功率降低事件的余下其他直流电源当中的一个或多个从最大功率点状态切换到非最大功率点状态，使得进入非最大功率点状态的直流电源输出的对外功率在一系列直流电源提供的总功率之和中所占的份额降低。其中：进入非最大功率点状态的直流电源输出的对外功率在一系列直流电源提供的总功率之和中所占的份额降低，由此降低进入非最大功率点状态的直流电源自身的电压输出值在总的串级电压中的比例、即进入非最大功率点状态的直流电源的输出电压不会超出规范。
上述的功率优化系统，其中：限定直流母线电压在预定的上限值和下限值范围之内上下浮动，在直流母线电压跌落至所述直流母线电压趋于降到下限值时，未发生功率降低事件的余下其他直流电源中的一个或多个从最大功率点状态切换到非最大功率点状态，藉此迫使此时一系列直流电源提供的总功率除以直流母线电压此时的电压值所计算出来的母线电流下降。其中：进入非最大功率点状态的直流电源输出的对外功率降低，导致一系列直流电源提供的总功率之和降低，使得此时总功率除以直流母线电压此时的电压值（非常接近甚至等于下限值）得到的母线电流下降，因为降低了进入非最大功率点状态的直流电源的功率，降低后的功率除以降低后的母线电流大约等于进入非最大功率点状态的直流电源对应的电压转换器的输出电压，则进入非最大功率点状态的直流电源对应的电压转换器自身的电压输出值在该情况下被控制不会超出规定规范。
在可选实施例中，本发明披露了一种功率优化方法：多级电压转换器串联连接；利用每一级电压转换器撷取与之对应的一个光伏组件的电能并转换成输出功率；叠加多级电压转换器各自的输出电压形成总的串级电压并作为直流母线电压；利用每一级电压转换器将与之对应的一个光伏组件设定在最大功率点处；以电压浮动的方式调制直流母线电压的方法主要在于以下方案：在多级电压转换器对应的一系列光伏组件中，当一个或多个光伏组件发生功率降低事件并引起余下其他光伏组件对应的电压转换器的输出电压被强迫抬升至趋于超出规定范围时，钳制直流母线电压予以减少，直至任意一个电压转换器的输出电压均在规定范围内。
上述的方法，其中：光伏组件发生功率降低事件的诱因之一至少包括阴影遮挡。
上述的方法，其中：钳制直流母线电压予以减少的方法至少包括：利用多级电压转换器调制各自的限制在规定范围的输出电压来降低串级电压；或者利用单独的耦合到直流母线上的电压调节器调节所述直流母线电压。
上述的方法，其中：任意一个所述电压转换器根据与之对应的一个光伏组件输出的对外功率在一系列光伏组件提供的总功率之和中的比例关系，来确定该任意一个所述电压转换器的等于所述串级电压乘以该比例关系计算出的输出电压。
上述的方法，其中：电压转换器包括直流到直流的升降压型电压转换器；任意一个所述电压转换器在其被确定的输出电压高于与之对应的一个光伏组件的最大功率点对应的电压时，则它由脉冲宽度调制信号控制工作于升压模式；或者任意一个所述电压转换器在其被确定的输出电压低于与之对应的一个光伏组件的最大功率点对应的电压时，则它由脉冲宽度调制信号控制工作于降压模式；或者任意一个所述电压转换器在其被确定的输出电压和与之对应的一个光伏组件的最大功率点对应的电压近乎相等时，则它由脉冲宽度调制信号控制工作于含升压模式和降压模式的混合模式。
上述的方法，其中：任意一个所述电压转换器在其被确定的输出电压和与之对应的一个光伏组件的最大功率点对应的电压近乎相等时，则此时将用作高频开关电源模式的任意一个所述电压转换器控制工作于直通模式：其耦合到光伏组件正极的第一输入端直接被连接到提供输出电压的第一输出端；其耦合到光伏组件负极的第二输入端直接被连接到提供输出电压的第二输出端。
上述的方法，其中：所述电压转换器还至少配置有用于检测与之对应的一个光伏组件的输出电流和输出电压的电流和电压监测模块；以及所述电压转换器还至少配置有用于检测所述电压转换器自身输出电流和输出电压的电流和电压监测模块。
上述的方法，其中：将所述光伏组件设置在最大功率点的方法包括：S1、利用所述电压转换器配置的一个处理器控制所述电压转换器间歇性的增大或减小与之相应的一个光伏组件输出的对外功率，从而藉由所述电压转换器对与之相应的一个光伏组件的输出电压和对外功率实施扰动；S2、计算光伏组件的对外功率因为扰动的变化量与光伏组件的输出电压因为扰动的变化量之比值；S3、判断所述比值与零的大小：如果比值超过零则判断光伏组件的输出电压低于最大功率点对应的电压；如果比值低于零则判断光伏组件的输出电压高于最大功率点对应的电压；根据多次扰动的结果确定光伏组件需要工作在最大功率点所对应的电压。
上述的方法，其中：在所述处理器中：利用其乘法器将光伏组件的输出电流和输出电压相乘计算得到对外功率；利用其第一微分器将对外功率进行微分处理计算得到对外功率的变化量；利用其第二微分器将光伏组件的输出电压进行微分处理计算得到输出电压的变化量；以及利用其除法器将对外功率的变化量除以光伏组件的输出电压的变化量计算出该比值；利用其比较器将该比值和零值进行比较得到比较结果。
上述的方法，其中：在发生功率降低事件的一个或多个光伏组件在功率降低事件被解除之后，所述的直流母线电压再次上升，从而所述直流母线电压在预定的上限值和下限值范围之内浮动。
上述的方法，其中：钳制直流母线电压予以上升的方法至少包括：利用多级电压转换器调制各自的限制在规定范围的输出电压来增加串级电压；或者利用单独的耦合到直流母线上的电压调节器调节所述直流母线电压。
上述的方法，其中：所述直流母线电压跌落后，未发生功率降低事件的余下其他光伏组件由对应的所述电压转换器维持工作在最大功率点状态。此种情况可以尽量产生最多的输出功率，使得输送给能量收集装置的功率最大化。
上述的方法，其中：所述直流母线电压跌落后，未发生功率降低事件的余下其他光伏组件当中的一个或多个由对应的所述电压转换器控制从最大功率点状态切换到非最大功率点状态；使得进入非最大功率点状态的光伏组件输出的对外功率在一系列光伏组件提供的总功率之和中所占的份额降低。此种情况因为进入非最大功率点状态的光伏组件输出的对外功率在一系列光伏组件提供的总功率之和中所占的份额降低，由此降低进入非最大功率点状态的光伏组件自身的电压输出值在串级电压中的比例、其对应的电压转换器的输出电压也不会超出规范。
上述的方法，其中：限定直流母线电压在预定的上限值和下限值范围内浮动，在所述直流母线电压跌落至所述直流母线电压趋于降到下限值时：未发生功率降低事件的余下其他光伏组件当中的一个或多个由对应的所述电压转换器控制从最大功率点状态切换到非最大功率点状态，迫使此时一系列光伏组件提供的总功率相对所述直流母线电压的下限值的母线电流下降。因为进入非最大功率点状态的光伏组件输出的对外功率降低，由此导致一系列光伏组件提供的总功率之和降低，使得此阶段的总功率除以直流母线电压此时的实际电压值（非常接近乃至等于下限值）计算得到的母线电流下降，因为降低了进入非最大功率点状态的光伏组件的功率，进入非最大功率点状态的光伏组件所降低后得到的功率除以上述被减少的母线电流，大约等于进入非最大功率点状态的光伏组件对应的电压转换器的输出电压，此时，进入非最大功率点状态的光伏组件对应的电压转换器自身的电压输出值在某些情况下不会超出规范。
在可选实施例中，本发明披露了一种功率优化系统，主要包括以下部分：串联的多级电压转换器；每一级电压转换器均将从与之对应的一个光伏组件撷取的电能转换成输出功率；多级电压转换器各自的输出电压予以叠加而得到的串级电压作为直流母线电压；并且每一级电压转换器均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；接收串联的多级电压转换器各自提供的输出功率的逆变器；非持续固定的直流母线电压以电压浮动的方式输送给逆变器，并且直流母线电压在预定的上限值和下限值范围之内浮动；在多级电压转换器所对应的一系列光伏组件之中，一个或多个光伏组件发生功率降低事件并引起余下其他光伏组件对应的电压转换器的输出电压被强迫抬升至趋于超出规定范围时，直流母线电压跌落到任意一个电压转换器的输出电压均在规定范围内。
上述的功率优化系统，其中：利用多级电压转换器调制各自的限制在规定范围的输出电压来降低串级电压；或者利用为逆变器配置的耦合到直流母线上的电压调节器来调节直流母线电压的减少。
上述的功率优化系统，其中：在发生功率降低事件的一个或多个光伏组件在功率降低事件解除之后，所述直流母线电压再次上升，从而所述直流母线电压在预定的上限值和下限值范围之内浮动；由多级电压转换器调制各自的限制在规定范围的输出电压来增加串级电压；或者，由为逆变器配置的耦合到直流母线上的电压调节器来调节所述直流母线电压的增加。
上述的功率优化系统，其中：任意一个所述电压转换器根据与之对应的一个光伏组件输出的对外功率在一系列光伏组件提供的总功率之和中的比例关系，来确定该任意一个所述电压转换器的等于所述串级电压乘以该比例关系计算出的输出电压。
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是光伏组件先串联后再并联而向逆变器供电的示意图。
图2是串联的多级光伏组件中的每一个组件都配置有一个优化器的示意图。
图3是光伏组件在不同光照强度下的功率曲线示意图。
图4是串联的多级光伏组件中某些组件被遮挡导致部分优化器的输出电压超出范围。
图5是浮动式母线电压来抑制任意优化器的输出电压超出规定范围之外的示例。
图6是如何追踪最大功率点的一种算法范例。
图7是驱动功率优化器的一种控制器包含的产生驱动信号的模块。
图8是在可选的实施例中在逆变器一侧调节母线电压的范例。
图9是在可选的实施例中利用升降压转换器作为功率优化器的范例。
具体实施方式
下面将结合各实施例，对本发明的技术方案进行清楚完整的阐述，但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。
根据光伏组件的输出特性，由于光伏组件的输出电压和输出电流与日照辐射强度和工作温度等环境因素有着密切相关的联系，最大的输出功率和最大功率点的对应电压跟随着环境因素的变化而变化，环境变化潜在的导致光伏组件无法工作在最大功率点状态。
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多个电池组串，电池组串由多个串联连接的光伏组件PV1至PVN串接构成。每块光伏组件或称光伏电池均配置有执行最大功率追踪演算MPPT的功率优化器。在某个电池组串中譬如第一级光伏组件PV1产生的电能由第一级功率优化器CH1进行功率转换以执行功率优化，第二级光伏组件PV2产生的电能由第二级功率优化器CH2进行功率转换以执行功率优化，依此类推，直至第N级的光伏组件PVN所产生的电能由第N级功率优化器CHN进行功率转换以执行功率优化，N为不低于1的自然数。功率优化器又称最大功率点跟踪器通常使用特定类型的拓扑电路来搜索最大功率点并从而允许功率优化器从光伏组件中提取可能的最大功率。第一级功率优化器CH1输出电压VO1，第二级功率优化器CH2输出电压VO2，…依此类推，第N级功率优化器CHN输出电压VON。以至于任意一串光伏电池组串上总的串级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LA和LB之间：如果定义多级功率优化器CH1-CHN构成某个链路则不同的多个链路并联连接在母线LA和LB之间。光伏组件阵列提供的总的电能由直流母线输送给能源/能量收集装置，能源收集装置至少包括图1中可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等。实质上图1中的光伏组件仅仅是作为直流电源也即被优化对象的特定范例，功率优化器不但兼容晶硅电池板，还可以匹配到部分薄膜电池中，光伏组件也可以被替换成化学电池或电瓶或蓄电池等，功率优化器更广泛的意义是对各种不同类型的直流电源实施功率优化，甚至风能和燃料电池等。现有技术中针对直流电源的最大功率追踪的任何方案同样适用于本申请的功率优化器，最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1，功率优化器归属于电力电子设备，主要目的是实现个体光伏组件的最大功率点跟踪的功能。降压Buck电路、升压Boost电路、升降压Buck-Boost电路和另外丘克变换器CUK电路等，是适用于光伏功率优化器的主电路拓扑。其实能够发现该等主电路拓扑本质上还是属于开关电源系统的范畴，开关电源系统通常是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比来调整输出电压。开关电源实现的功率变换是其核心部分，为了满足高功率密度要求，变换器需要工作在高频状态并且开关晶体管要采用开关速度高、导通和关断时间短的功率开关，功率晶闸管、功率场效应晶体管和绝缘型双极型晶体管等。变换器的主要控制方式分为脉冲宽度调制、脉冲频率调制等多种，常用脉宽调制方案。功率优化器所体现的是一个直流电到直流电的降压或升压的电压变换器，功率优化器对单组件进行最大功率优化后，能量被传输给逆变器进行直流到交流电的处理后，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配有二级最大功率追踪的逆变设备。
参见图2，基于叙述的方便，以数量为十个的光伏组件PV1-PV10和相应的十个功率优化器CH1-CH10以及配套的逆变器INVT作为范例来阐释整个光伏发电系统。功率优化器有耦合到光伏组件的输入端和提供输出功率的输出端。第一级功率优化器CH1输入侧的第一输入端IN1耦合到第一级光伏组件PV1的正极，第一级功率优化器CH1输入侧的第二输入端IN2耦合到第一级光伏组件PV1的负极，输入侧接收到的电能被转换成在第一级功率优化器CH1输出侧的第一输出端NO1和第二输出端NO2的输出功率。其他光伏组件PV2-PV10和功率优化器CH2-CH10的对应关系已经展示在图中。多级的功率优化器CH1-CH10按照如下规律串联连接：任意前一级功率优化器的第二输出端通过电力线耦合到相邻后一级功率优化器的第一输出端。以实际的连接关系为例：第一级功率优化器CH1的第二输出端NO2连到第二级功率优化器CH2的第一输出端NO1，第二级功率优化器CH2的第二输出端NO2连到第三级功率优化器CH3的第一输出端NO1，依此类推至第九级功率优化器CH9的第二输出端NO2连到第十级功率优化器CH10的第一输出端NO1。可以认为：串联的多级功率优化器CH1-CH10提供的串级电压等于它们各自的输出电压的叠加值，第一级功率优化器CH1的耦合到母线LA的第一输出端NO1和末尾的最后的第十级的功率优化器CH10的耦合到母线LB的第二输出端NO2之间可以提供整个串联的多个功率优化器的总的串级电压VBUS=VO1+VO2+…VO10。还在任意一个功率优化器的第一输入端IN1和第二输入端IN2之间连接输入电容CI，和在任意一个功率优化器的第一输出端NO1和第二输出端NO2之间连接输出电容CO。
参见图2，功率优化的意义：某个功率优化器需要将与之配对某个直流电源的输出电流和输出电压设置成该直流电源的最大功率点，换言之，功率优化器需要将自身的输出电流设置成与其配对的直流电源的输出电流无直接关联性，功率优化器需要将自身的输出电压设置成与其配对的直流电源的输出电压无直接关联性。
参见图2，传统串联型的功率优化器采用的是固定电压的设计理念。逆变器根据交流端电压确认一个稳定的直流母线的电压，汇总各串联的功率优化器收集的最大功率，进而计算出母线电流并通过无线或电力载波信号传输给功率优化器。功率优化器输出端的电压等于所收集的组件最大功率的功率除以母线电流。如多级功率优化器CH1-CH10收集的最大功率被输送给逆变器INVT，光伏组件PV1-PV10提供的总功率除逆变器INVT的直流母线的固定电压就能计算出母线电流IBUS。组件出现被遮挡的情况后，它对应的功率优化器根据伏安曲线重新确定最大输出功率值，通过无线或载波传输给逆变器。在维持直流母线电压不变的前提下，重新计算母线电流例如变小并反馈给各功率优化器。此时被遮挡的组件的功率降低，它对应的功率优化器也会降压来确认输出电流达标。其他未被遮挡的组件的功率优化器则会升压来达标输出电流，这个动态调节其实是电压补足的过程，从而提供给逆变器的直流端母线电压被稳定。可以假设光伏组件PV1-PV5被遮挡严重导致功率优化器CH1-CH5各自的输出电压下降，则未被遮挡的光伏组件PV6-PV10各自对应的功率优化器CH6-CH10必须升压来弥补功率优化器CH1-CH5的降压。疑虑是：固定电压的设计理念，极易导致未被遮挡的光伏组件对应的功率优化器的输出电压可能超过功率优化器自身的电压耐受范围，部分组件遮挡越严重时这一问题愈发突出。天空中飘过的云朵或建筑物或树阴等都是遮挡的诱发因素，无论是季节性的阴影或以若干小时计算的短暂阴影，功率波动引起的电压超出范围很难预测，这是母线电压固定的弊端。
参见图2，多级功率优化器CH1-CH10均配置有处理器，除了执行MPPT是由处理器输出的脉冲宽度调制信号PWM实现的，处理器和它配置的外设硬件还可以采集直流电源或功率优化器的各类目标参数，相当于数据采集器，因为逆变器INVT能撷取这些目标参数数据是十分有意义的，譬如基于每个电池组串的总功率来计算母线电流和调节母线电压以及将各类数据传送到云端服务器作为备份或供调用等。在可选的实施例中，外设硬件可以将光伏组件的电压和电流、功率以及温度和发电量等等一系列的相关指定目标参数信息进行采集，例如电压参数由电压传感器、电流参数由电流传感器、温度参数由温度感应器等外设硬件采集。外设硬件的种类越多处理器能够得到的和光伏组件相关的参数种类也就越多，但成本会增加，这需要折衷。目标参数还可以包括通过环境监测仪来侦测到的光伏组件所处的周边环境因素数据：环境温度及湿度、风速、光照强度和气压等，环境监测仪是数据采集器的一种。功率优化器彼此之间通过无线通信或载波通信可以互传数据或者功率优化器和逆变器INVT之间通过无线通信或载波通信互传数据。
参见图3，光伏组件的功率电压PCE-VPV曲线正如图中所示，光伏组件的输出特性是非线性的直流电源。在光照强度LE1-LE5几个辐射等级下光伏组件的功率-电压曲线也不相同，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，光伏电池的输出功率越大，反之，输出功率越小。光照强度LE1-LE5中每个辐射等级下对应的功率-电压曲线均包含一个最大功率点，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PMP，光照强度变化如遮挡会导致光伏组件的最大功率点发生改变，功率优化器需要在组合曲线PMP上去追踪最大功率点。光伏组件的特性还在于短路电流随着光照强度的变化而变化，光照越强短路电流越大，开路电压略微增大但我们可以认为几乎不发生较大的变化。光伏电池的输出特性与温度也有关，表现为温度越高，短路电流略微变大，但开路电压降低，最大输出功率越小。
参见图4，我们假设多级功率优化器CH1-CH10当中某个功率优化器CHY对应的光伏组件PVY被遮挡、功率优化器CHX对应的光伏组件PVX未被遮挡，这里X和Y均是取自数字1至10。观察图4中光伏组件PVY的功率急剧降低导致功率优化器CHY的输出电压VOY降压，光伏组件PVX配套的功率优化器CHX则抬升输出电压VOX，这个动态调节过程是为了满足母线电压固定。功率优化器CHX或CHY采用了上文提及的适用于光伏功率优化器的主电路拓扑，因此输出电压VOX或VOY都必须符合规定范围也即在可工作的电压范围内，如图4的低预定值VL和高预定值VH之间的电压区间。未被遮挡的光伏组件PVX配套的功率优化器CHX的输出电压VOX可能因为光伏组件PVY发生被遮挡的事件而产生一次或多次被迫超过高预定值VH的异常。
参见图5，避免功率优化器的输出电压超出规定范围的异常，本申请的基本思路是母线上的串级电压VBUS不再固定不变，而是浮动式的动态调节。结合图1，本申请披露的功率优化系统主要包括：串联的多级功率优化器CH1-CHN，每一级功率优化器均将从与之对应的一个直流电源撷取的电能转换成输出功率，譬如第N级功率优化器CHN将从与它对应的直流电源即光伏组件PVN撷取的电能转换成输出功率。在功率优化系统中多级功率优化器CH1-CHN各自的输出电压予以叠加藉此作为直流母线的电压VBUS，在多级功率优化器CH1-CHN中，每一级功率优化器均用于将与之对应的一个直流电源的输出电流和输出电压设置在最大功率点，譬如第N级功率优化器CHN用于将与它对应的直流电源即光伏组件PVN的输出电流和输出电压设置在最大功率点。
参见图5，母线的电压VBUS非持续固定而是以浮动的方式运作，其模式为：在多级功率优化器CH1-CHN所对应的一系列直流电源如光伏组件PV1-PVN之中，当一个或多个直流电源发生功率降低事件并引起余下其他直流电源对应的电压转换器的输出电压被强迫抬升至趋于超出规定范围时，直流母线的电压跌落到任意一个功率优化器的输出电压均在规定范围内。仍然以图2作为范例来阐释，以电压浮动的方式调制直流母线电压的方法为：在多级功率优化器CH1-CH10对应的一系列光伏组件PV1-PV10中，当一个或多个光伏组件例如PV1-PV2或其他的光伏组件发生功率降低事件，并引起余下其他的光伏组件例如PV9-PV10对应的功率优化器CH9-CH10的输出电压被强迫抬升至趋于超出规定范围也即高低预定值VH-VL时，需要钳制直流母线的电压VBUS予以减少，直流母线的电压跌落到功率优化器CH1-CH10中的任意一个的输出电压均在规定范围内，尤其是趋于超出规定范围的功率优化器CH9-CH10的输出电压重新被设定在范围内。图5中光伏组件的功率降低事件例如发生在时刻T1，功率优化器CHX对应的光伏组件PVX被遮挡住，功率优化器CHY对应的光伏组件PVY未被遮挡，本来导致功率优化器CHY的输出电压VOY趋于超过高预定值VH，但直流母线的电压VBUS从初始的以曲线102表示的第一电压水准降低/跌落到以曲线103表示的第二电压水准，由于母线电压下降，功率优化器CHY的输出电压VOY的原本被强迫增加的电压幅度值被减小甚至不用增加，意味着输出电压VOY落在规定范围VL-VH内。假设功率降低事件的解除发生在时刻T2，发生功率降低事件的某些光伏组件在功率降低事件解除之后，如遮蔽光伏组件PVX的云朵或建筑物的阴影被移除，直流母线的电压VBUS再次上升，在该时刻T2从曲线103表示的电压水准上升到曲线102表示的电压水准。在时刻T3，光伏组件PVY被遮挡住，而光伏组件PVX未被遮挡，功率优化器CHX的输出电压VOX趋于超过高预定值VH，但直流母线的电压VBUS再次降低，功率优化器CHX的输出电压VOX的原本被强迫增加的电压幅度值被减小甚至不用增加，意味着输出电压VOX落在规定范围VL-VH内。关于光伏组件是否发生功率降低事件或者是否解除了功率降低事件，需要监测它的实际输出功率，如果被遮挡等则输出功率低于功率阈值就表征发生了功率降低事件，反之，如果输出功率不低于功率阈值表征解除了功率降低事件，功率优化器配置的处理器通过采集的光伏组件的输出电压和输出电流计算得到的输出功率作为判断功率降低事件发生或解除的依据。虽然允许直流母线的电压VBUS上升或下降，但是作为可选项，最好限制直流母线的电压在预定的上限值和下限值VUP-VDW范围之内浮动。
正如图5，光伏组件发生功率降低事件的诱因之一除了包括阴影遮挡等，也还包括老化等情况，如果阴影遮挡不复存在，则功率降低事件自然被解除。如果老化的直流电源被新的没有缺陷的良品直流电源替换掉，功率降低事件也视为被解除。
参见图6，光伏组件的功率电压PCE-VPV曲线中，在相同的环境条件下，光伏组件具有唯一的最大输出功率点PMX，在最大功率点PMX左侧，光伏组件的以曲线200A表示的输出功率随光伏组件的输出电压上升而呈现线性上升趋势，到达最大功率点后，光伏组件的以曲线200B表示的输出功率迅速下降，下降速度远大于上升速度。光伏组件的最大功率点PMX对应的输出电压VMP基本保持不变且大约等于开路电压的78-80％左右。
参见图7，当光伏组件PVK（自然数K是1至N中的某个数字）的输出电压小于最大功率点PMX对应的电压VMP时，结合图6，控制输出电压向着电压VMP靠近。图中光伏组件PVK配置的处理器300通过电压传感器111采样光伏组件PVK的输出电压和通过电流传感器112采样光伏组件PVK的输出电流。处理器300通过对输出电压电流相乘和微分判断出光伏组件工作在图6显示的曲线200A表示的DP/DV＞0状态，即光伏组件的对外功率因为扰动的变化量DP与光伏组件的输出电压因为扰动的变化量DV之比被先行计算出来，比值DP/DV再跟零值比较。光伏组件工作在曲线200A则处理器300关闭该光伏组件PVK对应的功率优化器CHK，目的是迫使光伏组件PVK的输出电压也即被电压传感器111采样的电压增加至向右移动并向最大功率点的电压VMP靠近。
参见图7，当光伏组件PVK（自然数K是1至N中的某个数字）的输出电压大于最大功率点PMX对应的电压VMP时，结合图6，控制输出电压向着电压VMP靠近。图中光伏组件PVK配置的处理器300通过电压传感器111采样光伏组件PVK的输出电压和通过电流传感器112采样光伏组件PVK的输出电流。处理器300通过对输出电压电流相乘和微分判断出光伏组件工作在图6显示的曲线200B表示的DP/DV＜0状态，即光伏组件的对外功率因为扰动的变化量DP与光伏组件的输出电压因为扰动的变化量DV之比被先行计算出来，比值DP/DV再跟零值比较。光伏组件工作在曲线200B则处理器300启用该光伏组件PVK对应的功率优化器CHK，目的是迫使光伏组件PVK的输出电压也即被电压传感器111采样的电压降低至向左移动并向最大功率点的电压VMP靠近。
参见图7，将光伏组件PVK设置在图6中的最大功率点PMX的方法是：先行利用功率优化器CHK配置的处理器300控制功率优化器CHK间歇性的增大或减小与之相应的光伏组件PVK输出的对外功率，电压传感器111感测的输出电压和电流传感器112感测的输出电流是计算对外功率的依据，处理器300利用乘法器3010将光伏组件PVK的输出电流和输出电压相乘计算得到对外功率P。受处理器300的驱动功率优化器CHK无论是运作在升压模式还是运作在降压模式都可以被用来输出功率则光伏组件PVK的对外输出功率增加、反之功率优化器CHK被用来禁止输出功率（例如将其予以关闭）则对应的光伏组件PVK的对外输出功率降低，以这种方式，从而藉由功率优化器CHK对与之相应的光伏组件PVK的对外输出功率实施扰动，光伏组件PVK的对外输出功率被扰动其实也意味着它的输出电压和输出电流被扰动。图中略去了传感器采集的模拟量被转换成数字量的过程，计算光伏组件PVK的对外功率因为扰动的变化量DP与光伏组件PVK的输出电压因为扰动的变化量DV之比值DP/DV。具体的计算过程为：利用处理器带有的第一微分器3011将对外功率P进行微分处理计算得到对外功率P的变化量DP，利用处理器带有的第二微分器3012将光伏组件PVK的输出电压进行微分处理计算得到输出电压的变化量DV，还要利用处理器带有的除法器3013将对外功率的变化量DP除以光伏组件的输出电压的变化量DV计算出该比值DP/DV。最后处理器由比较器3014判断出所述的比值DP/DV与零值的大小，结合图6所示：如果比值DP/DV超过零则判断光伏组件的输出电压低于最大功率点对应的电压VMP，需要继续扰动光伏组件的对外功率以增加输出电压向右侧移动；如果比值DP/DV低于零则判断光伏组件的输出电压高于最大功率点对应的电压VMP，需要继续扰动光伏组件的对外功率以增加输出电压向左侧移动。根据多次扰动的结果确定光伏组件PVK需要工作在最大功率点PMX所对应的电压VMP。然后所述处理器300通过输出脉冲调制信号PWM来驱动电压转换器CHK将光伏组件PVK的输出电压稳定在光伏组件PVK的最大功率点处对应的电压值VMP，处理器300带有的脉宽调制器或数字脉宽调制器302发出脉冲调制信号。随着光照强度和温度因素等变化最大功率点也会变化，但该追踪方法能动态跟踪最大功率点。
参见图7，处理器300通过电压传感器113感测功率优化器CHK的输出电压和通过电流传感器114感测功率优化器CHK的输出电流。结合图4和图5的实施例，光伏组件的功率降低事件例如发生在时刻T1，光伏组件PVX被遮挡但光伏组件PVY未被遮挡而导致功率优化器CHY的输出电压VOY趋于超过高预定值VH，功率优化器CHY可通过配置的电压传感器113感测输出电压VOY，输出电压VOY趋于超过VH则处理器300通过脉冲信号和根据计算的电压值VMP直接驱动功率优化器CHY的输出电压VOY落在规定范围的高低预定值VH-VL内，譬如在光伏组件PVX发生了功率降低事件的时间阶段控制功率优化器CHY输出高预定值VH，此种情况下原本趋于高出VH的输出电压VOY被钳制在不高于VH而导致母线的电压VBUS下降，因此这是在串联的多级功率优化器中选取一个或者多个优化器来调节直流母线的电压VBUS。由于母线电压下降，功率优化器CHY的输出电压VOY的原本被强迫增加的电压幅度值被减小甚至不用增加，意味着其输出电压落在规定范围内。在某些实施例中，除了输出电压VOY趋于超过VH的功率优化器CHY的输出电压下降以外，多级功率优化器CH1-CH10中可以使一个或是多个功率优化器同步上调各自的输出电压，仍然是拉低母线电压，但输出电压VOY的下调幅度可以减轻，可以弱化功率优化器CHY的输出电压VOY的瞬态大幅度变化量。
参见图7，假设该光伏组件PVK是多级光伏组件PV1-PV10中的（自然数K是取自数字1至10中的某个数字），我们先行假设多级功率优化器CH1-CH10当中某个功率优化器CHK对应的光伏组件PVK未被遮挡、光伏组件PV1被遮挡。仍然是遮挡造成的功率降低事件导致功率优化器CHK的输出电压VOK趋于超过VH，此时假设原本需要主动钳制输出电压VOK降低的程度为第一幅度值。但在多级功率优化器CH1-CH10中可以使得一个或是多个功率优化器如CH3-CH4同步上调各自的输出电压VO3-VO4，母线电压原本需要向下浮动的幅度被输出电压VO3-VO4的上升部分抵消，那么原本需要主动钳制输出电压VOK降低的程度被减小，当面临光伏组件PV1遮挡造成的功率降低事件，功率优化器如CH3-CH4同步上调输出电压导致功率优化器CHK的输出电压VOK需要降低第二幅度值，第二幅度值可以小于第一幅度值。输出电压VOK的下调幅度减轻，很大程度上弱化了功率优化器CHK的输出电压VOK的瞬态变化量。
参见图8，钳制直流母线电压减少的方法，可以利用多级功率优化器调制各自的限制在规定范围的输出电压来降低串级电压VBUS，即多级功率优化器中的一个或多个在它们自己的输出电压的规定范围VL-VH内选取某个预期电压值如VH，这个选取的预期电压值比之前因为功率降低事件导致的功率优化器的输出电压的预估电压值要略低，从而降低串级电压。譬如某个功率优化器因为功率降低事件被迫将其输出电压大约维持在大于高预定值的预估电压，但实际却受到控制而输出某个较低的预期电压值。结合图4，如果任由功率优化器CHX的输出电压VOX不受控的随机波动，光伏组件PVY的功率降低事件会导致输出电压VOX被迫上升到大于高预定值VH的某个预估电压，主动对输出电压VOX加以控制将其钳制等于某个较低的预期电压值，钳制在范围VL-VH内，功率优化器CHX可以通过配置的处理器驱动功率优化器CHX来实现输出电压的钳制。前文提及多级功率优化器和逆变器INVT等可以通过载波或无线方式的通信，多级功率优化器CH1-CHN将各自的输出电压等数据发送给逆变器INVT，作为可选方式，逆变器INVT可以根据这些输出电压值和光伏组件PV1-PVN的输出功率来配置母线电流。可选的，耦合到直流母线上的电压调节器（Voltage Regulator）250也可以收集多级功率优化器CH1-CHN各自的输出电压等数据，并根据它们的输出电压相加的和值来适应性的确定母线的电压，譬如在可选的实施例中，以曲线102表示的第一电压水准和/或曲线103表示的第二电压水准由电压调节器250来调动态调节和维持。也即，在一个实施例中，面临前述的功率降低事件阶段的多级功率优化器CH1-CHN可以通过调节自身的预期输出电压来主动的调制母线的电压。或者，面临功率降低事件时多级功率优化器CH1-CHN将各自预期的输出电压数据发送给该电压调节器250，由电压调节器250根据它们各自预期的输出电压来维持或调制母线电压。或者，面临功率降低事件时多级功率优化器CH1-CHN不仅仅是自行调节各自预期的输出电压，多级功率优化器CH1-CHN同步还将它们各自预期的输出电压数据发送给电压调节器250，由电压调节器250根据这些预期的输出电压来动态跟踪和双重调制母线电压。按照基本的规则，功率优化器CH1-CHN在调节自身预期的输出电压时都必须是满足在VL-VH内浮动。电压调节器250可以单独耦合在母线上作为独立的设备或是被集成在逆变器INVT中作为逆变器的组成部分。无论是功率优化器主动的调节母线电压还是通过电压调节器来被动的调节母线电压，或是主动和被动的混合模式，较佳的调制母线的电压在预定的上限值VUP和下限值VDW范围之内浮动。
参见图1，在多级功率优化器形成的链路中，任意一个功率优化器根据与之对应的光伏组件输出的对外功率在一系列光伏组件提供的总功率之和中的比例关系，来确定该任意功率优化器的输出电压，并等于串级电压乘以该比例关系计算出的。结合图2，第一级功率优化器CH1的输出VO1类推到第十级功率优化器CH10的输出VO10，多级功率优化器的总的串级电压VBUS=VO1+VO2+…VO10。在可选的实施例中，浮动的VBUS在分配多级功率优化器各自的输出电压方面存在以下关系：假设光伏组件PV1-PV10各自提供的对外功率相加等于总功率之和，光伏组件PV1的对外功率除以总功率之和计算出的比例关系再乘以VBUS就约等于VO1，类似的，光伏组件PV2的对外功率除以总功率之和计算出的比例关系再乘以VBUS就约等于VO2等等。
参见图9，前文已经介绍了功率优化器的主拓扑电路，光伏组件PVK利用图示的功率优化器CHK产生期望的输出电压同时执行最大功率点追踪。功率优化器CHK输入侧的第一输入端IN1耦合到光伏组件PVK正极及第二输入端IN2耦合到光伏组件PVK的负极端处。功率优化器CHK输出侧的第一输出端NO1和第二输出端NO2之间提供输出电压及转换功率，另外还有输入电容CI被连接在第一输入端IN1和第二输入端IN2之间以及输出电容CO被连接在第一输出端NO1和第二输出端NO2之间。电压转换电路或称为功率优化器将光伏组件提供的直流电执行DC/DC的电压转换并亦即同步执行最大功率追踪演算。功率优化器CHK中的降压转换电路模块的功率开关S1和功率开关S2串联在第一输入端IN1和第二输入端IN2之间，以及还有功率优化器CHK的升压转换电路的功率开关S3和功率开关S4串联在第一输出端NO1和第二输出端NO2之间。其中降压转换电路模块中的功率开关S1和功率开关S2两者相连于第一互连节点NX1，以及升压转换电路模块中的功率开关S3和功率开关S4两者相连于第二互连节点NX2，升降压电路模块Buck-Boost电路拓扑中前侧功率开关S1-S2两者相连的第一互连节点NX1与后侧功率开关S3-S4两者相连的第二互连节点NX2之间设置有主电感元件L，其中第二输出端NO2和第二输入端IN2可以直接耦合到一起或者设定它们的电位基本相同。功率优化器配置的处理器300带有的脉宽调制器302发出的几路脉冲调制信号PWM可以用于驱动功率开关S1-S4，还可以利用驱动器400加强脉冲信号的驱动能力，驱动器400输出的几路驱动信号D1-D4分别耦合到开关S1-S4的栅极控制端。
参见图9，功率优化器CHK包括直流到直流的升降压型电压转换器，在其被确定的输出电压VOK高于与之对应的光伏组件PVK的最大功率点对应的电压VMP时，则该功率优化器CHK由脉冲宽度调制信号PWM控制工作于升压模式，升压转换电路模块来抬升电压而降压转换电路模块的功率开关S1持续接通和功率开关S2持续关断。在功率优化器被确定的输出电压VOK低于光伏组件PVK的最大功率点对应的电压VMP时，则该功率优化器CHK由脉冲宽度调制信号PWM控制工作于降压模式，降压转换电路模块来降低电压而升压转换电路模块的功率开关S4持续接通和功率开关S3持续关断。在功率优化器被确定的输出电压VOK接近光伏组件PVK的最大功率点对应的电压VMP时，也即两者的电压近乎相等时，则功率优化器由脉冲宽度调制信号控制工作于含升压模式和降压模式的混合模式Mixed-mode，关于Buck-Boost电路工作于含升压模式和降压模式属于已知的技术，例如开关S1-S3接通后再切换到S2-S4接通并以此循环等。另外作为可选的实施例输出电压VOK近乎等于电压VMP时，还可以将用作高频开关电源SMPS模式的功率优化器CHK控制工作于直通模式：也其耦合到光伏组件正极的第一输入端IN1直接被连接到提供输出电压的第一输出端NO1譬如开关S1-S4接通而开关S2-S3关断；耦合到光伏组件负极的第二输入端IN2直接被连接到提供输出电压的第二输出端NO2（如果第二输入端IN2和第二输出端NO2之间耦合有任何开关则必须此开关必须接通）。功率优化器的升压或降压等功能保障了其输出电压的高低可调节性。
参见图2，以光伏组件PV1-PV10和功率优化器CH1-CH10为例，结合图5，直流母线的电压VBUS跌落后，例如功率降低事件发生在时刻T1，功率优化器CHX对应的光伏组件PVX被遮挡住，功率优化器CHY对应的光伏组件PVY未被遮挡，一系列串联的光伏组件PV1-PV10中未发生功率降低事件的余下其他光伏组件如组件PVY由对应的功率优化器CHY维持工作在最大功率点状态，光伏组件PVY的输出电压约为VMP。此种情况可以让串联的光伏组件PV1-PV10产生尽可能多的输出功率，换言之，使得输送给能量收集装置例如逆变器INVT的功率最大化。
参见图2，以光伏组件PV1-PV10和功率优化器CH1-CH10为例，结合图5，直流母线的电压VBUS跌落后，如功率降低事件发生在时刻T1，功率优化器CH1-CH2对应的光伏组件PV1-PV2被遮挡住，功率优化器CH3-CH10对应的光伏组件PV3-PV10未被遮挡。未发生功率降低事件的余下其他光伏组件PV3-PV10当中的一个或多个由对应的功率优化器CH3-CH10控制从最大功率点状态切换到非最大功率点状态，假设选取的光伏组件PV3-PV4处于非最大功率点状态，即工作于图6中曲线200A或曲线200B从而光伏组件PV3-PV4的输出电压低于或高于VMP，满足光伏组件PV1-PV10各自的对外功率相加计算得到总功率之和，光伏组件PV3-PV4切换到非最大功率点状态，则进入非最大功率点状态的光伏组件PV3-PV4输出的对外功率在一系列光伏组件PV1-PV10提供的总功率之和中所占的份额降低。譬如，光伏组件PV1-PV2被遮挡住而功率降低可能引起功率优化器CH3-CH4的输出电压超过VH，但是此种情况因为：进入非最大功率点状态的光伏组件PV3-PV4输出的对外功率在一系列光伏组件PV1-PV10提供的总功率之和中所占的份额降低，藉此可以降低进入非最大功率点状态的光伏组件PV3-PV4对应的功率优化器CH3-CH4自身的电压输出值V3或V4在串级电压V1+V2…V10中的比例、以至于其对应的功率优化器CH3-CH4的输出电压也不会超出规范VL-VH。这是一种以主动的损失一部分发电量的方式来保全功率优化器安全等级的折中方案。功率优化器受到它配置的处理器的控制来确定光伏组件处于最大功率点还是非最大功率点，处理器启用最大功率点跟踪演算功能则可以控制功率优化器去执行最大功率追踪，处理器不启用最大功率点跟踪演算功能而仅仅使用普通的电压调制则可以控制功率优化器实施普通的电压转换。
参见图2，限制直流母线的电压VBUS在预定的上限值VUP和下限值VDW范围之内上下动态浮动，以光伏组件PV1-PV10和功率优化器CH1-CH10为例，结合图5，直流母线的电压VBUS跌落后，譬如功率降低事件发生在时刻T1，功率优化器CH1对应的光伏组件PV1被遮挡住，功率优化器CH10对应的光伏组件PV10未被遮挡。在所谓的直流母线电压VBUS跌落至直流母线电压VBUS趋于降到接近等于下限值VDW时：未发生功率降低事件的余下其他光伏组件当中的一个或多个，由对应的功率优化器控制从最大功率点状态切换到非最大功率点状态，例如光伏组件PV10由功率优化器CH10控制从最大功率点状态切换到非最大功率点状态，其输出电压在图6中向左或向右偏离VMP，目的是迫使此时一系列光伏组件PV1-PV10提供的总功率除以直流母线电压此时的当前值而计算出的母线电流下降，母线电流的下降是指的是光伏组件PV10处于非最大功率点状态的母线电流比光伏组件PV10处于最大功率点状态的母线电流要低，因为光伏组件PV10从最大功率点状态切换到非最大功率点状态则它的对外输出功率必然下降。此种情况因为进入非最大功率点状态的光伏组件输出的对外功率降低，导致一系列光伏组件PV1-PV10提供的总功率之和降低，使得此阶段的总功率除以直流母线电压此时的实际电压值（非常接近乃至等于下限值）计算得到的母线电流下降，例如是因为降低了进入非最大功率点状态的光伏组件PV10等的功率。直流母线电压的实际电压值接近下限值则说明它已经没有再下降的弹性空间。而进入非最大功率点状态的光伏组件PV10所降低后得到的对外功率除以上述被减小后的母线电流，大约等于进入非最大功率点状态的光伏组件PV10对应的功率优化器CH10的输出电压V10，则进入非最大功率点状态的光伏组件PV10所对应的功率优化器CH10自身的电压输出值V10可受控的不会超出规范VL-VH。相反的是，如果该光伏组件PV10仍然保持在最大功率点状态，则功率优化器CH10的电压输出值V10很可能会被迫的抬升到远远超出规定规范VL-VH，尤其是直流母线电压已经没有任何向下浮动的弹性空间时，电压输出值V10越是要补偿更多的电压。同样，虽然有功率损失，但是这也是一种以主动的损失一部分发电量的方式来保全功率优化器安全等级的折中方案。
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 (26)

1.一种功率优化系统，其特征在于，包括：
串联的多级电压转换器；
每一级电压转换器均将从与之对应的一个直流电源撷取的电能转换成输出功率；
多级电压转换器各自的输出电压予以叠加藉此作为直流母线电压；
每一级电压转换器均用于将与之对应的一个直流电源的输出电流和输出电压设置在最大功率点；
非持续固定的直流母线电压以电压浮动的方式运作的模式为：在多级电压转换器所对应的一系列直流电源之中，一个或多个直流电源发生功率降低事件并引起余下其他直流电源对应的电压转换器的输出电压被强迫抬升至趋于超出规定范围时，直流母线电压跌落到任意一个电压转换器的输出电压均在规定范围内；
所述直流母线电压跌落后，未发生功率降低事件的余下其他直流电源当中的一个或多个从最大功率点状态切换到非最大功率点状态，使得进入非最大功率点状态的直流电源输出的对外功率在一系列直流电源提供的总功率之和中所占的份额降低。
2.根据权利要求1所述的功率优化系统，其特征在于：
所述的直流电源至少包括化学电池或光伏组件。
3.根据权利要求1所述的功率优化系统，其特征在于：
接收所述直流母线电压的能源收集装置至少包括逆变器或充电器。
4.根据权利要求3所述的功率优化系统，其特征在于：
由串联的多级电压转换器形成一个供应电能的链路，并且由并联的多个链路同时向所述能源收集装置提供电能。
5.根据权利要求1所述的功率优化系统，其特征在于：
所述电压转换器包括：
串联在接收直流电源提供的电压源的第一和第二输入端之间的第一和第二开关；
串联在提供输出电压的第一和第二输出端之间的第三和第四开关；
在第一和第二开关间的互连节点与第三和第四开关间的互连节点之间设有电感元件以及第二输入端耦合到第二输出端。
6.根据权利要求1所述的功率优化系统，其特征在于：
所述电压转换器还至少配置有检测与之对应的直流电源的输出电流和输出电压的电流和电压监测模块，及检测电压转换器自身输出电压的电压监测模块。
7.根据权利要求6所述的功率优化系统，其特征在于：
所述电压转换器将与之对应的直流电源设置在最大功率点包括：
其配置的一个处理器控制所述电压转换器对与之相应的一个直流电源的输出电压和输出的对外功率实施扰动，并藉此同步检测直流电源的对外功率因为扰动的变化量与输出电压因为扰动的变化量之比值；
比值超过零则判断直流电源的输出电压低于最大功率点对应的电压或者比值低于零则判断直流电源的输出电压高于最大功率点对应的电压，从而根据多次扰动的结果确定直流电源需要工作在最大功率点所对应的电压。
8.根据权利要求7所述的功率优化系统，其特征在于：
在所述处理器中：
乘法器将直流电源的输出电流和输出电压相乘视为输出的对外功率；
第一微分器将对外功率进行微分处理视为对外功率的变化量；
第二微分器将直流电源的输出电压进行微分处理视为输出电压的变化量；
除法器将对外功率的变化量除以直流电源的输出电压的变化量计算该比值；
比较器将该比值和零值进行比较得到比较结果。
9.根据权利要求2所述的功率优化系统，其特征在于：
发生功率降低事件的一个或多个直流电源在功率降低事件解除之后，所述直流母线电压再次上升，从而所述直流母线电压在预定的上限值和下限值范围之内浮动。
10.一种功率优化系统，其特征在于：
串联的多级电压转换器；
每一级电压转换器均将从与之对应的一个直流电源撷取的电能转换成输出功率；
多级电压转换器各自的输出电压予以叠加藉此作为直流母线电压；
每一级电压转换器均用于将与之对应的一个直流电源的输出电流和输出电压设置在最大功率点；
非持续固定的直流母线电压以电压浮动的方式运作的模式为：在多级电压转换器所对应的一系列直流电源之中，一个或多个直流电源发生功率降低事件并引起余下其他直流电源对应的电压转换器的输出电压被强迫抬升至趋于超出规定范围时，直流母线电压跌落到任意一个电压转换器的输出电压均在规定范围内；
限定所述直流母线电压在预定的上限值和下限值范围之内浮动，在所述直流母线电压跌落至所述直流母线电压趋于降到下限值时，未发生功率降低事件的余下其他直流电源当中的一个或多个从最大功率点状态切换到非最大功率点状态，迫使此时一系列直流电源提供的总功率除以所述直流母线电压的电压值的母线电流下降。
11.一种功率优化方法，其特征在于，包括：
将多级电压转换器予以串联连接；
利用每一级电压转换器撷取与之对应的一个光伏组件的电能并转换成输出功率；
叠加多级电压转换器各自的输出电压形成总的串级电压并作为直流母线电压；
利用每一级电压转换器将与之对应的一个光伏组件设定在最大功率点处；
以电压浮动的方式调制直流母线电压的方法为：
在多级电压转换器对应的一系列光伏组件中，当一个或多个光伏组件发生功率降低事件并引起余下其他光伏组件对应的电压转换器的输出电压被强迫抬升至趋于超出规定范围时，钳制直流母线电压予以减少，直至任意一个电压转换器的输出电压均在规定范围内；
所述直流母线电压跌落后，未发生功率降低事件的余下其他光伏组件当中的一个或多个由对应的所述电压转换器控制从最大功率点状态切换到非最大功率点状态；
使得进入非最大功率点状态的光伏组件输出的对外功率在一系列光伏组件提供的总功率之和中所占的份额降低。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：
所述光伏组件发生功率降低事件的诱因之一至少包括阴影遮挡。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：
钳制直流母线电压予以减少的方法至少包括：
利用多级电压转换器调制各自的限制在规定范围的输出电压来降低串级电压；或者
利用单独的耦合到直流母线上的电压调节器调节所述直流母线电压。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：
任意一个所述电压转换器根据与之对应的一个光伏组件输出的对外功率在一系列光伏组件提供的总功率之和中的比例关系，来确定该任意一个所述电压转换器的等于所述串级电压乘以该比例关系计算出的输出电压。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：
所述电压转换器包括直流到直流的升降压型电压转换器；
任意一个所述电压转换器在其被确定的输出电压高于与之对应的一个光伏组件的最大功率点对应的电压时，则它由脉冲宽度调制信号控制工作于升压模式；或者
任意一个所述电压转换器在其被确定的输出电压低于与之对应的一个光伏组件的最大功率点对应的电压时，则它由脉冲宽度调制信号控制工作于降压模式；或者
任意一个所述电压转换器在其被确定的输出电压和与之对应的一个光伏组件的最大功率点对应的电压近乎相等时，则它由脉冲宽度调制信号控制工作于含升压模式和降压模式的混合模式。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：
任意一个所述电压转换器在其被确定的输出电压和与之对应的一个光伏组件的最大功率点对应的电压近乎相等时，则此时将用作高频开关电源模式的任意一个所述电压转换器控制工作于直通模式：
其耦合到光伏组件正极的第一输入端直接被连接到提供输出电压的第一输出端；
其耦合到光伏组件负极的第二输入端直接被连接到提供输出电压的第二输出端。
17.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：
所述电压转换器还至少配置有用于检测与之对应的一个光伏组件的输出电流和输出电压的电流和电压监测模块；以及
所述电压转换器还至少配置有检测所述电压转换器自身输出电压的电压监测模块。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于：
将所述光伏组件设置在最大功率点的方法包括：
S1、利用所述电压转换器配置的一个处理器控制所述电压转换器间歇性的增大或减小与之相应的一个光伏组件输出的对外功率，从而藉由所述电压转换器对与之相应的一个光伏组件的输出电压和对外功率实施扰动；
S2、计算光伏组件的对外功率因为扰动的变化量与光伏组件的输出电压因为扰动的变化量之比值；
S3、判断所述比值与零的大小：
如果比值超过零则判断光伏组件的输出电压低于最大功率点对应的电压；
如果比值低于零则判断光伏组件的输出电压高于最大功率点对应的电压；
根据多次扰动的结果确定光伏组件需要工作在最大功率点所对应的电压。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：
在所述处理器中：
利用其乘法器将光伏组件的输出电流和输出电压相乘计算得到对外功率；
利用其第一微分器将对外功率进行微分处理计算得到对外功率的变化量；
利用其第二微分器将光伏组件的输出电压进行微分处理计算得到输出电压的变化量；
利用其除法器将对外功率的变化量除以光伏组件的输出电压的变化量计算出该比值；
利用其比较器将该比值和零值进行比较得到比较结果。
20.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：
发生功率降低事件的一个或多个光伏组件在功率降低事件解除之后，所述直流母线电压再次上升，从而所述直流母线电压在预定的上限值和下限值范围之内浮动。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于：
钳制直流母线电压予以上升的方法至少包括：
利用多级电压转换器调制各自的限制在规定范围的输出电压来增加串级电压；或者
利用单独的耦合到直流母线上的电压调节器调节所述直流母线电压。
22.一种功率优化方法，其特征在于：
将多级电压转换器予以串联连接；
利用每一级电压转换器撷取与之对应的一个光伏组件的电能并转换成输出功率；
叠加多级电压转换器各自的输出电压形成总的串级电压并作为直流母线电压；
利用每一级电压转换器将与之对应的一个光伏组件设定在最大功率点处；
以电压浮动的方式调制直流母线电压的方法为：
在多级电压转换器对应的一系列光伏组件中，当一个或多个光伏组件发生功率降低事件并引起余下其他光伏组件对应的电压转换器的输出电压被强迫抬升至趋于超出规定范围时，钳制直流母线电压予以减少，直至任意一个电压转换器的输出电压均在规定范围内；
限定所述直流母线电压在预定的上限值和下限值范围之内浮动，在所述直流母线电压跌落至所述直流母线电压趋于降到下限值时：
未发生功率降低事件的余下其他光伏组件当中的一个或多个由对应的所述电压转换器控制从最大功率点状态切换到非最大功率点状态，迫使此时一系列光伏组件提供的总功率相对所述直流母线电压的下限值的母线电流下降。
23.一种功率优化系统，其特征在于，包括：
串联的多级电压转换器；
每一级电压转换器均将从与之对应的一个光伏组件撷取的电能转换成输出功率；
多级电压转换器各自的输出电压予以叠加而得到的串级电压作为直流母线电压；
每一级电压转换器均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；
接收串联的多级电压转换器各自提供的输出功率的逆变器；
非持续固定的直流母线电压以电压浮动的方式输送给逆变器，并且直流母线电压在预定的上限值和下限值范围之内浮动；
在多级电压转换器所对应的一系列光伏组件之中，一个或多个光伏组件发生功率降低事件并引起余下其他光伏组件对应的电压转换器的输出电压被强迫抬升至趋于超出规定范围时，直流母线电压跌落到任意一个电压转换器的输出电压均在规定范围内；
所述直流母线电压跌落后，未发生功率降低事件的余下其他直流电源当中的一个或多个从最大功率点状态切换到非最大功率点状态，使得进入非最大功率点状态的直流电源输出的对外功率在一系列直流电源提供的总功率之和中所占的份额降低。
24.根据权利要求23所述的功率优化系统，其特征在于：
利用多级电压转换器调制各自的限制在规定范围的输出电压来降低串级电压；或者
利用为逆变器配置的耦合到直流母线上的电压调节器来调节直流母线电压的减少。
25.根据权利要求23所述的功率优化系统，其特征在于：
在发生功率降低事件的一个或多个光伏组件在功率降低事件解除之后，所述直流母线电压再次上升，从而所述直流母线电压在预定的上限值和下限值范围之内浮动；
由多级电压转换器调制各自的限制在规定范围的输出电压来增加串级电压；或者
由为逆变器配置的耦合到直流母线上的电压调节器来调节所述直流母线电压的增加。
26.根据权利要求23所述的功率优化系统，其特征在于：
任意一个所述电压转换器根据与之对应的一个光伏组件输出的对外功率在一系列光伏组件提供的总功率之和中的比例关系，来确定该任意一个所述电压转换器的等于所述串级电压乘以该比例关系计算出的输出电压。
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