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能源供应系统及能源管理的方法

阅读：607发布：2020-05-13

专利汇可以提供能源供应系统及能源管理的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及到能源供应系统及能源管理的方法。能源供应支路中具有串联的多级电压转换器，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，能源供应支路中的多级电压转换器各自的输出电压予以叠加。布置在能源供应支路中的与其多级电压转换器串联的二极管被设置成只允许电流从能源供应支路流向直流母线中电势高的一者而从直流母线中电势低的一者流回能源供应支路。从直流母线上撷取电源并将电压输出到辅助电容上，从而能源供应支路中的下置二极管的阴极通过主控开关耦合到辅助电容以及下置二极管的阳极耦合到直流母线中电势低的一者，能源供应支路通过将其配置的主控开关接通而将辅助电容的电压叠加到能源供应支路中。，下面是能源供应系统及能源管理的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种能源供应系统，其特征在于，包括：
至少一个能源供应支路且任意一个能源供应支路中具有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；
任意一个能源供应支路中的多级电压转换器各自的输出电压予以叠加藉此向直流母线提供叠加后的电压；
布置在能源供应支路中的与其多级电压转换器串联的一个或多个二极管，二极管的连接方式设置成只允许电流从能源供应支路流向一组直流母线中电势高的一者和从一组直流母线中电势低的一者流回能源供应支路。
2.根据权利要求1所述的能源供应系统，其特征在于：
还包括并联连接在一组直流母线之间的多个能源供应支路。
3.根据权利要求1或2所述的能源供应系统，其特征在于：
还包括从直流母线上撷取电能并将电压输出到一个辅助电容上的直流变换器；
在能源供应支路中至少布置一个下置二极管连接到一组直流母线中电势低的一者与其多级电压转换器之间；
每一个能源供应支路中布置的下置二极管的阴极均通过一个主控开关耦合到该辅助电容以及下置二极管的阳极耦合到一组直流母线中电势低的一者；并且任意一个能源供应支路通过将其配置的主控开关接通而将辅助电容的电压叠加到该任意一个能源供应支路中。
4.根据权利要求3所述的能源供应系统，其特征在于：
还包括处理器并用于控制每一个能源供应支路所配对的主控开关的接通或关断。
5.根据权利要求4所述的能源供应系统，其特征在于：
每一个能源供应支路还配置有感应其支路电流的电流传感器，以及每一个能源供应支路的支路电流被其电流传感器输送至该处理器，任意一个能源供应支路的支路电流低于预设的阈值电流则将辅助电容的电压叠加到该能源供应支路中。
6.根据权利要求4所述的能源供应系统，其特征在于：
每一个能源供应支路还配置有感应其支路电压的电压传感器，以及每一个能源供应支路的支路电压被其电压传感器输送至该处理器，任意一个能源供应的支路电压低于预设的阈值电压则将辅助电容的电压叠加到该能源供应支路中。
7.根据权利要求4所述的能源供应系统，其特征在于：
每一个能源供应支路还配置有感应其支路电流的电流传感器，以及每一个能源供应支路的支路电流被其电流传感器输送至该处理器，任意两个能源供应支路之间比较支路电流的大小并且将辅助电容的电压叠加到支路电流较小的能源供应支路中。
8.根据权利要求4所述的能源供应系统，其特征在于：
每一个能源供应支路还配置有感应其支路电压的电压传感器，以及每一个能源供应支路的支路电压被其电压传感器输送至该处理器，任意两个能源供应支路之间比较支路电压的大小并且将辅助电容的电压叠加到支路电压较小的能源供应支路中。
9.根据权利要求1或2所述的能源供应系统，其特征在于：
还包括从直流母线上撷取电源并将电压输出到一个辅助电容上的直流变换器；
在能源供应支路中至少布置一个同步开关连接到一组直流母线中电势低的一者与其多级电压转换器之间；
每一个能源供应支路中布置的同步开关的第一端子均通过一个主控开关耦合到该辅助电容且同步开关的第二端子耦合到一组直流母线中电势低的一者；并且任意一个能源供应支路通过将其配置的主控开关接通而将辅助电容的电压叠加到该任意一个能源供应支路中。
10.根据权利要求9所述的能源供应系统，其特征在于：
还包括处理器并用于控制每一个能源供应支路所配对的主控开关和同步开关的接通或关断，任意一个能源供应支路所配对的主控开关和同步开关设为一对互补开关；
每一个能源供应支路还配置有感应其支路电流的电流传感器，以及每一个能源供应支路的支路电流被其电流传感器输送至该处理器，任意一个能源供应支路的支路电流低于预设的阈值电流则将辅助电容的电压叠加到该能源供应支路中。
11.根据权利要求9所述的能源供应系统，其特征在于：
还包括处理器并用于控制每一个能源供应支路所配对的主控开关和同步开关的接通或关断，任意一个能源供应支路所配对的主控开关和同步开关设为一对互补开关；
每一个能源供应支路还配置有感应其支路电压的电压传感器，以及每一个能源供应支路的支路电压被其电压传感器输送至该处理器，任意一个能源供应支路的支路电压低于预设的阈值电压则将辅助电容的电压叠加到该能源供应支路中。
12.根据权利要求9所述的能源供应系统，其特征在于：
还包括处理器并用于控制每一个能源供应支路所配对的主控开关和同步开关的接通或关断，任意一个能源供应支路所配对的主控开关和同步开关设为一对互补开关；
每一个能源供应支路还配置有感应其支路电流的电流传感器，以及每一个能源供应支路的支路电流被其电流传感器输送至该处理器，任意两个能源供应支路之间比较支路电流的大小并且将辅助电容的电压叠加到支路电流较小的能源供应支路中。
13.根据权利要求9所述的能源供应系统，其特征在于：
还包括处理器并用于控制每一个能源供应支路所配对的主控开关和同步开关的接通或关断，任意一个能源供应支路所配对的主控开关和同步开关设为一对互补开关；
每一个能源供应支路还配置有感应其支路电压的电压传感器，以及每一个能源供应支路的支路电压被其电压传感器输送至该处理器，任意两个能源供应支路之间比较支路电压的大小并且将辅助电容的电压叠加到支路电压较小的能源供应支路中。
14.根据权利要求1或2所述的能源供应系统，其特征在于：
在能源供应支路中，将二极管的位置布局在多级电压转换器中任意相邻的两个电压转换器之间。
15.根据权利要求1或2所述的能源供应系统，其特征在于：
在能源供应支路中，将二极管的位置布局在一组直流母线中之一和多级电压转换器之间或布局在一组直流母线中的另一个和多级电压转换器之间。
16.根据权利要求1所述的能源供应系统，其特征在于：
还包括耦合到直流母线上的能源收集装置，能源收集装置至少包括逆变器或者为蓄电池充电的充电器。
17.根据权利要求1所述的能源供应系统，其特征在于：
在能源供应支路中，每一个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处。
18.根据权利要求1所述的能源供应系统，其特征在于：
电压转换器至少包括基于BUCK拓扑结构的电压转换器、基于BOOST拓扑结构的电压转换器、基于BUCK-BOOST拓扑结构的电压转换器、基于CUK拓扑结构的电压转换器或基于SEPIC拓扑结构的电压转换器当中的一个。
19.根据权利要求1所述的能源供应系统，其特征在于：
直流电源的类型至少包括燃料电池或光伏组件。
20.根据权利要求2所述的能源供应系统，其特征在于：
在并联的多个能源供应支路中，当任意两个能源供应支路各自所提供的电压之间存在电压差时，藉由它们配置的二极管来抑制在该任意两个能源供应支路之间形成闭合回路。
21.根据权利要求2所述的能源供应系统，其特征在于：
在并联的多个能源供应支路中，当任意一个能源供应支路提供的电压低于直流母线的电压时，藉由其二极管来抑制直流母线和该任意一个能源供应支路间形成反向回路。
22.一种能源管理的方法，其特征在于，包括：
将多级电压转换器予以串联连接起来并定义为一个能源供应支路，每一级电压转换器均用于将从与之对应的一个直流电源撷取到的电能转换成输出功率；
将任意一个能源供应支路中的多级电压转换器各自的输出电压予以叠加，藉此利用单独的一个能源供应支路或并联的多个能源供应支路向直流母线提供各自叠加后的电压；
连接一个或多个二极管到每一个能源供应支路中，分布在能源供应支路中的二极管与其多级电压转换器串联，二极管的连接方式设置成只允许电流从能源供应支路流向一组直流母线中电势高的一者和从一组直流母线中电势低的一者流回能源供应支路。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于：
利用直流变换器从直流母线上撷取电能并将电压输出到一个辅助电容上；
在能源供应支路中至少布置一个下置二极管连接到一组直流母线中电势低的一者与其多级电压转换器之间；
每一个能源供应支路中布置的下置二极管的阴极均通过一个主控开关耦合到该辅助电容以及下置二极管的阳极耦合到一组直流母线中电势低的一者；并且任意一个能源供应支路通过将其配置的主控开关接通而将辅助电容的电压叠加到该任意一个能源供应支路中。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于：
利用直流变换器配置的处理器控制能源供应支路配对的主控开关的接通或关断；
每一个能源供应支路还配置有感应其支路电流的电流传感器，以及每一个能源供应支路的支路电流被其电流传感器输送至该处理器，任意一个能源供应支路的支路电流低于预设的阈值电流则将辅助电容的电压叠加到该能源供应支路中。
25.根据权利要求23所述的方法，其特征在于：
利用直流变换器配置的处理器控制能源供应支路配对的主控开关的接通或关断；
每一个能源供应支路还配置有感应其支路电压的电压传感器，以及每一个能源供应支路的支路电压被其电压传感器输送至该处理器，任意一个能源供应的支路电压低于预设的阈值电压则将辅助电容的电压叠加到该能源供应支路中。
26.根据权利要求22所述的方法，其特征在于：
利用直流变换器从直流母线上撷取电能并将电压输出到一个辅助电容上；
在能源供应支路中至少布置一个同步开关连接到一组直流母线中电势低的一者与其多级电压转换器之间；
每一个能源供应支路中布置的同步开关的第一端子均通过一个主控开关耦合到该辅助电容且同步开关的第二端子耦合到一组直流母线中电势低的一者；并且任意一个能源供应支路通过将其配置的主控开关接通而将辅助电容的电压叠加到该任意一个能源供应支路中。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于：
利用直流变换器配置的处理器控制能源供应支路所配对的主控开关和同步开关的接通或关断，任意一个能源供应支路所配对的主控开关和同步开关设为一对互补开关；
每一个能源供应支路还配置有感应其支路电流的电流传感器，以及每一个能源供应支路的支路电流被其电流传感器输送至该处理器，任意一个能源供应支路的支路电流低于预设的阈值电流则将辅助电容的电压叠加到该能源供应支路中。
28.根据权利要求26所述的方法，其特征在于：
利用直流变换器配置的处理器控制能源供应支路所配对的主控开关和同步开关的接通或关断，任意一个能源供应支路所配对的主控开关和同步开关设为一对互补开关；
每一个能源供应支路还配置有感应其支路电压的电压传感器，以及每一个能源供应支路的支路电压被其电压传感器输送至该处理器，任意一个能源供应支路的支路电压低于预设的阈值电压则将辅助电容的电压叠加到该能源供应支路中。

说明书全文

能源供应系统及能源管理的方法

技术领域

[0001] 本发明主要涉及到发电领域，确切的说，是涉及到在含有光伏电池等发电应用场合中采用可实现降压及升压或升降压型的电压转换器，能够根据实际情况决定对与电压转换器配对的光伏组件实施功率优化而使得能源供给的效率最高。

背景技术

[0002] 光伏发电领域除了逆变器之外最重要的环节就是电压转换，主要目的是将电池的电压从容易波动的原始值转换成稳定的电压值，电压转换器就是起到直流电到直流电的电压转换的核心电路之一。涉及到将电池的电压进行升压或降压等，根据实际的需求来抬升或削减电池的原始的光转换电压，然后再将得到的直流期望电压进行逆变并网。在光伏发电系统中为了使发电系统安全可靠的运行，需要及时发现各种潜在的威胁：譬如阴影遮挡造成的热斑效应就是一种负面的威胁，它可能会让某些电池从电源转换成负载而引起电池板发热至起火烧毁，实时精确监控光伏电池的电压、电流、功率及温度和发电量等工作参数是光伏发电系统中很重要的环节。发电系统最主要的任务是使得发电效率最高，尽可能多的产生并网或供给本地使用的电能，逆变器带有的最大功率追踪是方案之一。

[0003] 光伏电站的电力环节主要是由光伏组件、接线盒、汇流箱、直流汇流柜、逆变器等功能模块组成，光伏电站的投资中光伏组件数量最大，占据总投资成本的一半以上。光伏电站的可靠运行和发电效率主要决定于光伏组件的输出效率，当前技术水准条件下的光电转换效率在20％左右，实验室最高效率可达35％。传统的太阳能电池组件通常是由若干个电池片通过串并联方式排列。由于单片太阳能电池板的电流和电压都很小，所以将它们先串联获得高电压，再并联获得高电流后输出给逆变器部分。电池组件为了防止发生所谓的热斑效应而在接线盒内安装起到旁路作用的旁路二极管，二极管的作用是当电池被阴影遮挡时可以启动二极管，将该阴影遮挡的电池从整个系统中隔离，起到保护作用。如果没有安装该二极管，则受遮挡的电池板会快速发热，进而烧坏电池板的主要部件而最终造成整块电池板的不可逆转的损坏。目前光伏电站中绝大多数的电池组件都采用了这种旁路隔离的保护技术，这种电池板旁路保护技术的优点是原理简单、制造方便和成本低，但是缺点是如果个别的电池发生热斑效应而被二极管旁路隔离保护，那么被旁路掉的组件是不再向系统供电而造成较大的功率损失，这与本申请的目的背道而驰。

发明内容

[0004] 在一个可选的非限制性的实施例中，本申请公开了一种能源供应系统，其特征主要是在于包括以下部分：至少一个能源供应支路且任意一个能源供应支路中具有串联的多级电压转换器或者称作具有串联的多级功率优化电路/功率优化器；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；任意一个能源供应支路中的多级电压转换器各自的输出电压予以叠加藉此向直流母线提供叠加后的电压；布置在能源供应支路中的与其多级电压转换器串联的一个或多个二极管，二极管的连接方式设置成只允许电流从能源供应支路流向一组直流母线中电势高的一者而从一组直流母线中电势低的一者流回能源供应支路。即二极管正负极的连接方式为只允许从能源供应支路流向直流母线的流出电流或从直流母线流回的流入电流单向通过。

[0005] 上述的能源供应系统，其中：包括并联连接在一组直流母线之间的多个能源供应支路。

[0006] 上述的能源供应系统，其中：在能源供应支路中，将二极管的位置布局在多级电压转换器中任意相邻的两个电压转换器之间。

[0007] 上述的能源供应系统，其中：在能源供应支路中，将二极管的位置布局在一组直流母线中的一者和多级电压转换器之间，或将二极管的位置布局在一组直流母线中的另一者和多级电压转换器之间。即将二极管的位置布局在两个直流母线当中之一和视为一个整体的多级电压转换器之间或布局在两个直流母线当中另一个和视为一个整体的多级电压转换器之间：如果多级电压转换器被按照从首个依序排序到末尾的最后一个，则认为该二极管连接在首个电压转换器和两个直流母线当中之一譬如正极母线之间，或者认为该二极管被连接在末尾的电压转换器和两个直流母线当中的另一个譬如负极母线之间。

[0008] 上述的能源供应系统，其中：还包括耦合到直流母线上的能源收集装置，能源收集装置至少包括逆变器或者为蓄电池充电的充电器。

[0009] 上述的能源供应系统，其中：在能源供应支路中，每一个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处。

[0010] 上述的能源供应系统，其中：电压转换器至少是包括了基于BUCK拓扑结构的降压电压转换器、基于BOOST拓扑结构的升压电压转换器、基于BUCK-BOOST拓扑结构的升降压电压转换器、基于CUK拓扑结构的电压转换器或基于SEPIC拓扑结构的电压转换器当中的某一个。

[0011] 上述的能源供应系统，其中：直流电源的类型至少包括燃料电池或光伏组件。

[0012] 上述的能源供应系统，其中：在并联的多个能源供应支路中，任意两个能源供应支路各自所提供的电压之间存在电压差时，由它们配置的二极管来抑制在该任意两个能源供应支路之间形成闭合回路(即抑制在支路间形成容易产生反向电流的反向闭合回路)。

[0013] 上述的能源供应系统，其中：在并联的多个能源供应支路中，任意一个能源供应支路提供的电压低于直流母线的电压时，由其二极管来抑制直流母线和该任意一个能源供应支路间形成反向回路(即避免在母线和供电支路间形成容易产生反向电流的反向回路)。

[0014] 上述的能源供应系统，其中：还包括从直流母线上撷取电源并将电压输出到一个辅助电容上的直流变换器；在能源供应支路中至少布置一个下置二极管连接到一组直流母线中电势低的一者与其多级电压转换器之间；每一个能源供应支路中布置的下置二极管的阴极均通过一个主控开关耦合到该辅助电容以及下置二极管的阳极耦合到一组直流母线中电势低的一者，任意一个能源供应支路通过将其配置的主控开关接通而将辅助电容的电压叠加到该任意一个能源供应支路中。

[0015] 上述的能源供应系统，其中：还包括用于控制每一个能源供应支路所配对的主控开关的接通或关断的处理器。

[0016] 上述的能源供应系统，其中：每一个能源供应支路还配置有感应其支路电流的电流传感器，每一个能源供应支路的支路电流被其电流传感器输送至该处理器，任意一个能源供应支路的支路电流低于预设的阈值电流则将辅助电容的电压叠加到该能源供应支路中。

[0017] 上述的能源供应系统，其中：每一个能源供应支路还配置有感应其支路电压的电压传感器，每一个能源供应支路的支路电压被其电压传感器输送至该处理器，任意一个能源供应的支路电压低于预设的阈值电压则将辅助电容的电压叠加到该能源供应支路中。

[0018] 上述的能源供应系统，其中：每一个能源供应支路还配置有感应其支路电流的电流传感器，以及每一个能源供应支路的支路电流被其电流传感器输送至该处理器，任意两个能源供应支路之间比较支路电流的大小并且将辅助电容的电压叠加到支路电流较小的能源供应支路中。

[0019] 上述的能源供应系统，其中：每一个能源供应支路还配置有感应其支路电压的电压传感器，以及每一个能源供应支路的支路电压被其电压传感器输送至该处理器，任意两个能源供应支路之间比较支路电压的大小并且将辅助电容的电压叠加到支路电压较小的能源供应支路中。

[0020] 上述的能源供应系统，其中：还包括从直流母线上撷取电源并将电压输出到一个辅助电容上的直流变换器；在能源供应支路中至少布置一个同步开关连接到一组直流母线中电势低的一者与其多级电压转换器之间；每一个能源供应支路中布置的同步开关的第一端子均通过一个主控开关耦合到该辅助电容且同步开关的第二端子耦合到一组直流母线中电势低的一者，任意一个能源供应支路通过将其配置的主控开关接通而将辅助电容的电压叠加到该任意一个能源供应支路中。

[0021] 上述的能源供应系统，其中：还包括处理器并用于控制每一个能源供应支路所配对的主控开关和同步开关的接通或关断，任意一个能源供应支路所配对的主控开关和同步开关设为一对互补开关；每一个能源供应支路还配置有感应其支路电流的电流传感器，以及每一个能源供应支路的支路电流被其电流传感器输送至该处理器，任意一个能源供应支路的支路电流低于预设的阈值电流则将辅助电容的电压叠加到该能源供应支路中。

[0022] 上述的能源供应系统，其中：还包括处理器并用于控制每一个能源供应支路所配对的主控开关和同步开关的接通或关断，任意一个能源供应支路所配对的主控开关和同步开关设为一对互补开关；每一个能源供应支路还配置有感应其支路电压的电压传感器，以及每一个能源供应支路的支路电压被其电压传感器输送至该处理器，任意一个能源供应支路的支路电压低于预设的阈值电压则将辅助电容的电压叠加到该能源供应支路中。

[0023] 上述的能源供应系统，其中：包括用于控制每一个能源供应支路所配对的主控开关和同步开关被接通或被关断的处理器，任意一个能源供应支路所配对的主控开关和同步开关设为一对互补开关；每一个能源供应支路还配置有感应其支路电流的电流传感器，每一个能源供应支路的支路电流被其电流传感器输送至该处理器，任意两个能源供应支路之间比较支路电流的大小并且将辅助电容的电压叠加到支路电流较小的能源供应支路中。

[0024] 上述的能源供应系统，其中：包括用于控制每一个能源供应支路所配对的主控开关和同步开关被接通或被关断的处理器，任意一个能源供应支路所配对的主控开关和同步开关设为一对互补开关；每一个能源供应支路还配置有感应其支路电压的电压传感器，每一个能源供应支路的支路电压被其电压传感器输送至该处理器，任意两个能源供应支路之间比较支路电压的大小并且将辅助电容的电压叠加到支路电压较小的能源供应支路中。

[0025] 在一个可选的非限制性的实施例中，本申请公开了一种能源管理的方法，特征在于主要是包括：将多级电压转换器予以串联连接起来并定义为一个能源供应支路，每一级电压转换器均用于将从与之对应的一个直流电源撷取到的电能转换成输出功率；将任意一个能源供应支路中的多级电压转换器各自的输出电压予以叠加，藉此利用单独的一个能源供应支路或并联的多个能源供应支路向直流母线提供各自叠加后的电压；连接一个或多个二极管到每一个能源供应支路中，分布在能源供应支路中的二极管与其多级电压转换器串联且二极管的连接方式设置成只允许电流从能源供应支路流向一组直流母线中电势高的一者和从一组直流母线中电势低的一者流回能源供应支路。

[0026] 上述的方法，其中：利用直流变换器从直流母线上撷取电能并将电压输出到一个辅助电容上；在能源供应支路中至少布置一个下置二极管连接到一组直流母线中电势低的一者与其多级电压转换器之间；每一个能源供应支路中布置的下置二极管的阴极均通过一个主控开关耦合到该辅助电容以及下置二极管的阳极耦合到一组直流母线中电势低的一者；并且任意一个能源供应支路通过将其配置的主控开关接通而将辅助电容的电压叠加到该任意一个能源供应支路中。

[0027] 上述的方法，其中：利用直流变换器配置的处理器控制能源供应支路配对的主控开关的接通或关断；每一个能源供应支路还配置有感应其支路电流的电流传感器，以及每一个能源供应支路的支路电流被其电流传感器输送至该处理器，任意一个能源供应支路的支路电流低于预设的阈值电流则将辅助电容的电压叠加到该能源供应支路中。

[0028] 上述的方法，其中：利用直流变换器配置的处理器控制能源供应支路配对的主控开关的接通或关断；每一个能源供应支路还配置有感应其支路电压的电压传感器，以及每一个能源供应支路的支路电压被其电压传感器输送至该处理器，任意一个能源供应的支路电压低于预设的阈值电压则将辅助电容的电压叠加到该能源供应支路中。

[0029] 上述的方法，其中：利用直流变换器从直流母线上撷取电能并将电压输出到一个辅助电容上；在能源供应支路中至少布置一个同步开关连接到一组直流母线中电势低的一者与其多级电压转换器之间；每一个能源供应支路布置的同步开关的第一端子均通过一个主控开关耦合到该辅助电容且同步开关的第二端子耦合到一组直流母线中电势低的一者；并且还满足：任意一个能源供应支路通过将其配置的主控开关接通而将辅助电容的电压叠加到该任意一个能源供应支路中。

[0030] 上述的方法，其中：利用直流变换器配置的处理器控制能源供应支路所配对的主控开关和同步开关的接通或关断，任意一个能源供应支路所配对的主控开关和同步开关设为一对互补开关；每一个能源供应支路还配置有感应其支路电流的电流传感器，以及每一个能源供应支路的支路电流被其电流传感器输送至该处理器，任意一个能源供应支路的支路电流低于预设的阈值电流则将辅助电容的电压叠加到该能源供应支路中。

[0031] 上述的方法，其中：利用直流变换器配置的处理器控制能源供应支路所配对的主控开关和同步开关的接通或关断，任意一个能源供应支路所配对的主控开关和同步开关设为一对互补开关；每一个能源供应支路还配置有感应其支路电压的电压传感器，以及每一个能源供应支路的支路电压被其电压传感器输送至该处理器，任意一个能源供应支路的支路电压低于预设的阈值电压则将辅助电容的电压叠加到该能源供应支路中。附图说明

[0032] 为使上述目的和特征及优点能够更加明显易懂，下面结合附图对具体实施方式做详细的阐释，阅读以下详细说明并参照以下附图之后，本发明的特征和优势将显而易见。

[0033] 图1是光伏组件先串联成电池串然后由电池串并联给逆变器供电的示意图。

[0034] 图2是能源供应支路中将原本串联连接的多级电压转换器再和二极管串联。

[0035] 图3是能源供应支路采用反极性的电压转换电路和二极管串联连接的范例。

[0036] 图4是能源供应支路和带有辅助电容的直流变换器配合使用的范例示意图。

[0037] 图5是能源供应支路和降压式的直流电转直流电的直流变换器来配合使用。

[0038] 图6是能源供应支路和直流变换器以及电流传感器配合使用的范例示意图。

[0039] 图7是采用反极性的电压转换电路该和直流变换器配合使用的范例示意图。

[0040] 图8是能源供应支路中原本串联连接的多级电压转换器再和同步开关串联。

具体实施方式

[0041] 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。

[0042] 在开关电源系统中，电源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从而控制开关元件的占空比来调整输出电压。开关电源主要由输入电路、变换电路以及输出电路和控制单元等组成。功率变换是其核心部分，主要由开关电路组成，某些场合还应用到了变压器。为了满足高功率密度要求，变换器需要工作在高频状态，开关晶体管要采用开关速度高、导通和关断时间短的晶体臂，典型的功率开关有功率晶闸管、功率场效应晶体管和绝缘型双极型晶体管等多种。控制方式分为脉冲宽度调制、脉宽调制和频率调制混合调制、脉冲频率调制等，常用脉宽调制方式。开关模式电源SMPS根据输入和输出电压形式的不同，分为交流到交流(AC/AC)变换器如变频器、变压器；还分为交流到直流(AC/DC)变换器如整流器；以及分为直流到交流(DC/AC)变换器例如逆变器等多种；和分为直流到直流(DC/DC)变换器如电压变换器、电流变换器。本申请中应用到的开关模式电源主要是直流电到直流电的电压转换器，因此本申请提及的电压转换器或转换电路在用作功率优化的场合也可以称作功率优化电路或功率优化器。

[0043] 功率优化器是一个直流到直流的降压升压型电压变换器，也是一个单组件级别的电池最大功率追踪电力设备。功率优化器对单组件进行最大功率优化后，传输给终端逆变器进行直流到交流电的处理后，供给本地使用或并网。终端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。主流的功率优化器主要分为串联型和并联型而且拓扑也略有区别，譬如BUCK或BOOST或BUCK-BOOST电路。

[0044] 串联型的功率优化器可采用固定电压的设计理念。简单来说，逆变器控制板根据交流端电压决定一个稳定的直流母线的电压，汇总各串联的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传输给优化器。此时每个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。当组件出现被遮挡的情况后，该优化器会根据伏安曲线重新确定最大输出功率值，被通过无线或电力载波传输给逆变器控制板。在维持直流母线电压不变的前提下，控制板重新计算母线电流(变小)并反馈给各优化器。此时被遮挡的组件的功率降低，该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优化器则会升压来达标输出电流。如果组件被遮挡的过于严重，功率优化器就会旁路掉该遮挡严重的组件直到其恢复到可工作状态，这个调节其实是一个电压补足的过程从而提供给逆变器的最稳定和最优化的直流端母线电压。

[0045] 并联型的功率优化器同样可采用固定电压模式。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端电压升压到指定的数值，此时输入逆变器的电流相当于每个优化器收集到的最大功率除以额定的电压后电流的总和。由于厚云层的遮挡对于组件的电压影响不大，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，而且由于是并联关系，输出的电流又不会彼此影响，所以这的确可以视作并联式优化器相较于串联式的优势。如果个别组件被严重的遮挡而无法启动升压设备则优化器自动断开连接并发送报错信号，并且重新启动直到遮挡问题移除。相比于串联拓扑会发现并联拓扑也同样存在着和微型逆变器一样的缺陷，升压跨度较大。目前比较普及的组件开路电压约为38伏而工作电压约为30伏，串联拓扑在正常情况下升压降压范围都是控制在10％-30％间，在电压不足情况下变化范围提升至10％-90％之间。然而并联拓扑和微型逆变器都需要把组件输入电压升压到相当高的数值约400V左右这相当于10倍以上的提升幅度，，显而易见这对于没有使用变压器的场合是非常困难的。

[0046] 功率优化器自身最大的拓扑特点就是把组件和逆变器功能性分开，这有别于传统的光伏系统。看似组件通过优化器接入逆变器，事实上组件只是用来启动优化器，而优化器收集组件的最大功率后相互协作给逆变器功能。采用固定电压的技术可以解决了光伏发电系统的部分遮挡的问题，对于多组串的系统，各组串组件数量也不需要相等，甚至同一串组内的各组件朝向也不需要一样。对于串联型优化器，断路后的开路电压仅仅是1V这样的微小电压；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，对于发电系统的安全性能和可靠性也是跨越式的进步。串联型/并联型的功率优化器虽然可以采用固定电压的设计理念但不限制于母线固定譬如母线电压浮动可变也是允许的。

[0047] 功率优化器在最大功率点追踪算法上有着先天的优势。传统的最大功率点的追踪算法基本都是基于两种：爬山法和逻辑测算法。部分追踪法方案还采用结合法：如爬山法结合常数范围法，配合固定时间间隔的全扫描法来寻找最大功率点；也有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最大功率点。功率优化器不但兼容所有的晶硅电池板而且还可以匹配到部分薄膜电池系统中去，业界也正在努力让优化器拥有更广阔的兼容范围。大多数的微型逆变器无法兼容或自身功能性接地，导致其与目前市场上一部分主流的组件无法匹配。功率优化器的输入电压范围大约在5伏至50伏之间，可以确保哪怕组件在严重遮盖的情况下，优化电路依然可以保持启动状态并继续工作。功率优化器可以和第三方逆变器匹配，通过通讯和第三方逆变器的沟通以及调控。功率优化器或电压转换电路本质上是直流到直流的转换器，如BUCK、BOOST和BUCK-BOOST电路。必须强调的是在现有技术中，针对光伏电池的最大功率追踪的任何方案同样适用于本申请的电压转换电路，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，本申请不再对电压转换电路如何执行最大功率追踪MPPT的方案予以赘述。

[0048] 参见图1，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。与常规的方案类似，光伏发电系统具有串联的多个光伏组件PV1、PV2……PVN，它们串接构成电池组串，电池串组由N级串联连接的光伏组件PV1至PVN串接构成。光伏组件或称光伏电池PV均配置有执行最大功率追踪MPPT的功率优化电路PO：例如电池串组中的第一个光伏组件PV1产生的光伏电压由第一个功率优化电路PO1进行直流到直流的电压转换以执行功率优化，第二个光伏组件PV2产生的光伏电压由第二个功率优化电路PO2进行电压转换，至第N级的光伏组件PVN产生的光伏电压由第N级的功率优化电路PON进行电压转换以执行功率优化功能。实质上与每块光伏电池PV对应的功率优化电路PO输出的电压才可以表征该光伏电池PV提供在光伏电池串组上的实际电压。如果设定任意一串的光伏电池串组中串接有第一级光伏组件PV1、第二级光伏组件PV2…至第N级的光伏组件PVN：第一级功率优化电路PO1将第一级光伏电池PV1的光伏电压源执行最大功率追踪而进行电压转换并输出V1，第二级功率优化电路PO2输出V2，第N级的功率优化电路PON将第N级的光伏电池PVN的电压执行最大功率追踪而进行直流电压转换并输出VN。

[0049] 参见图1，可以计算出，任意一串光伏电池串组上总的串级电压粗略等于：第一级功率优化电路PO1输出的电压V1加上第二级功率优化电路PO2输出的电压V2再加第三级功率优化电路PO3输出的电压V3……直至累加到第N级的功率优化电路PON所输出的直流电压VN，串级电压的运算结果就等于V1+V2+……VN。功率优化电路/优化器或电压转换电路PO在上下文中指代的拓扑，本质上是直流到直流的DC/DC变换器，典型的降压变换器BUCK，升压变换器BOOST、升降压变换器BUCK-BOOST等都适用于功率优化电路。必须强调的是，现有技术披露的针对光伏电池的最大功率追踪的任何方案同样也适用于本申请的电压变换电路，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，本申请不再单独对电压转换电路执行最大功率追踪的方案予以赘述。前文解释与每块光伏电池对应的功率优化电路输出的电压才表征该光伏电池提供在光伏电池串组上的实际电压：第一级功率优化电路PO1、第二级功率优化电路PO2至第N级的功率优化电路PON等均通过串接传输线串联，该N为自然数，传输线上由优化器叠加的串级电压再由直流母线输送给汇流箱/逆变器等电力设备INVT进行汇流/逆变。作为直流母线的传输线LAN1-LAN2的正负极之间还串联有稳压的母线电容CB。

[0050] 参见图1，在可选的实施例中，图中还展示了第一个带有多级电压转换器也即多级功率优化电路PO1-PON的能源供应支路STR1，还展示了第二个带有多级电压转换器也即多级功率优化电路PO1-PON的能源供应支路STR2，当然还可以具有更多的能源供应支路或者仅仅是采用单一的能源供应支路。连在一组直流母线LAN1-2之间的多个能源供应支路譬如STR1-STR2等毫无疑虑是设置成并联连接。以能源供应支路STR1为例：它的每一级电压转换器譬如PON将从与之对应的一个直流电源譬如PVN撷取的电能转换成输出功率。假设能源供应支路STR1提供的串级电压VS1和能源供应支路STR2提供的串级电压VS2之间并不是完全的相同，那么它们之间就因为电压存在差异而形成某种形式的闭合回路LOP，譬如串级电压VS2高于串级电压VS1。直流母线LAN1-2之间的电压也可能比串级电压VS2以及VS1等要高的多，直流母线LAN1-2的母线电压也可能会倒灌到能源供应支路譬如STR1-STR2从而损坏支路涉及到的电子元器件。

[0051] 参见图2，为了避免这些负面的影响，布置在能源供应支路譬如STR1中的与其多级电压转换器也即功率优化电路PO1-PON串联的一个或多个二极管D，二极管D的连接方式设置成只允许电流从能源供应支路STR1流向一组直流母线中电势高的一者而从一组直流母线中电势低的一者流回能源供应支路STR1。在可选的实施例中：第一级功率优化电路PO1第一输入端连到配对的光伏电池PV1正极和第一级功率优化电路PO1第二输入端连到光伏电池PV1负电极处，该功率优化电路PO1在自身的第一输出端/第一节点与第二输出端/第二节点之间输出稳定电压，第一级功率优化电路PO1在第一输入端和第二输入端之间撷取光伏电池PV1通过光伏效应产生的电压源并进行功率优化。

[0052] 参见图2，在实际应用中，很多数量的光伏电池或光伏组件串联连接来构成了预期的电池组串，假定总共N级的光伏电池PV1、PV2……PVN串联，该N通常取大于1的自然数则电池组串的串级电压粗略等于：第一级光伏电池PV1输出的电压V1加上第二级光伏电池PV2输出的电压V2再加上第三级光伏电池PV3输出的电压…至累加到第N级的光伏电池PVN输出的电压VN，等于V1+V2+……VN。电池组串的串级电压输送到汇流箱或者逆变器等电力电子设备。总共N级的光伏电池PV1、PV2……PVN串联，其中某些光伏组件无故发电量变少，或电压变低或组件自身温度突然上升过高等等，都属于发电异常事件，尤其是阴影遮挡造成的电池热斑效应就是一种负面的威胁，它可能会让某些电池从电源转换成负载而引起电池板发热至起火烧毁。

[0053] 参见图2，每块光伏组件或称光伏电池各自均配置有执行升压或降压或升降压的电压转换电路：譬如一个电池串组中的第一个光伏组件PV1产生的光伏电压由第一个功率优化电路PO1进行DC/DC电压转换以执行电压升降，第二个光伏组件PV2产生的光伏电压由第二个功率优化电路PO2进行电压转换，……直至第N级的光伏组件PON产生的光伏电压由第N级功率优化电路PON进行电压转换以执行电压升降功能。其实与每块光伏电池PV对应的功率优化电路PO输出的电压才可以表征该光伏电池PV提供在光伏电池串组上的实际电压。功率优化电路PO或称电压变换器本质上是直流到直流的电压转换器拓扑。功率优化电路配置的处理器除了采集光伏组件的数据，还输出开关控制信号用于驱动电压转换器：电压转换器中功率开关的接通或关断状态实质上由微处理器输出的开关控制信号或调制信号来控制，如逻辑器件、复数的处理器、控制装置、状态机或控制器或芯片以及软件驱动控制、门阵列和/或其他的等同控制器，以脉宽调制信号作为开关控制信号尤为典型。前文记载的第一级功率优化电路PO1、第二级功率优化电路PO2直至所谓的第N级的功率优化电路PON等均通过串接线串联连接，传输串接线上由电压转换电路也即功率优化电路PO1-PON各自输出的电压所叠加得到的串级电压被输送给类似于汇流箱或者逆变器等电力电子设备进行汇流再逆变等。

[0054] 参见图3，先以任选的两个光伏组件PV2和PVN为例来阐释实现最大功率点追踪演算的基本原理：不相邻的光伏组件PV2和光伏组件PVN分别向电压转换电路/电压转换器或称之为功率优化电路PO2和PON提供电源，功率优化电路用于对该光伏电池执行最大功率追踪，注意N是自然数。光伏组件受两方面的影响：第一是光伏电池的内部电池特性；第二是电池的周边使用环境如阳光辐照强度、负载状况和温度条件等。在不同的外界条件下，光伏电池可运行在不同且唯一的最大功率点上，应当寻求任何光照条件下光伏电池的实时最优工作状态以最大限度地将光能转化为电能。光伏组件仅仅是直流电源的类型之一，直流电源的替代方案至少包括燃料电池或化学电池。

[0055] 参见图2，光伏组件PV2利用功率优化电路PO2产生期望的输出电压同时执行最大功率点追踪。设计有功率优化电路PO2的第一输入端连到光伏组件PV2的正极及功率优化电路PO2的第二输入端连接到光伏组件PV2的负极。功率优化电路PO2的第一输出端和功率优化电路PO2的第二输出端间提供功率优化电路PO2的输出功率，另外还有输出电容被连接在它的第一输出端和第二输出端之间。功率优化器/电压转换电路将光伏组件提供的电压执行DC/DC的电压转换并亦即同步执行最大功率追踪演算，从而最终功率优化电路PO2所输出的直流输出电压产生在功率优化电路PO2的第一输出端和第二输出端之间，输出电压加载第一输出端和第二输出端之间的输出电容的上。

[0056] 参见图2，光伏组件PVN利用功率优化电路PON产生期望的输出电压同时执行最大功率点追踪，功率优化电路PON的第一输入端连到光伏组件PVN的正极及功率优化电路PON的第二输入端连接到光伏组件PVN的负极。功率优化电路PON的第一输出端和功率优化电路PON的第二输出端间提供功率优化电路PON的输出功率，还有输出电容连接在它的第一输出端和第二输出端之间。功率优化电路PON将光伏组件PVN的电压执行DC/DC的电压转换并亦即同步执行最大功率追踪演算，功率优化电路PON所输出的直流输出电压产生在功率优化电路PON的第一输出端和第二输出端之间，也即输出电压施加在功率优化电路PON的输出电容上。

[0057] 参见图2，设功率优化电路PO1和功率优化电路PO2相邻且串联，在电压转换电路的串联关系中，例如：前一级的功率优化电路PO1的第二输出端连到后一级的功率优化电路PO2的第一输出端。功率优化电路PO1、PO2、…PON按这种规律串联，即任意前一级功率优化电路的第二输出端通过传输线耦合到相邻后一级功率优化电路的第一输出端，或任意前一级功率优化电路的输出电容由传输线和相邻后一级功率优化电路的输出电容串联。最终在多级功率优化电路PO1…PON等串联连接时它们各自的输出电容相互串联连接也即满足：功率优化电路PO1的输出电容和PO2的输出电容再和PO3的输出电容…直至和PON的输出电容等通过传输线串联连接，则串联连接的一系列的功率优化电路等提供的总的串级电压等于功率优化电路PO1-PON它们各自的输出电容上的电压的叠加值。换而言之，首个第一级的电压转换电路的第一输出端和末尾的最后的一级的电压转换电路的第二输出端之间可以提供整个串联的多个转换器的总的串级电压。

[0058] 参见图2，布置在能源供应支路譬如STR1-STR2中的与其多级电压转换器即功率优化电路PO1-PON串联的一个或多个二极管D，二极管D的连接方式设置成只允许电流从能源供应支路流向两个直流母线中电势高的一者如LAN1并且从两个直流母线中电势低的一者如LAN2流回能源供应支路STR1-STR2。譬如：STR2中首个第一级的电压转换电路即功率优化电路PO1的第一输出端连接一个二极管D的阳极，二极管D的阴极则连到两个直流母线LAN1-2中电势高的一者也即母线正极；或STR1中末尾的最后的一级的电压转换电路即功率优化电路PON的第二输出端连接一个二极管D的阴极，二极管的阳极连接到两个直流母线LAN1-2中电势低的另一者即母线负极。因此与多级电压转换器即功率优化电路PO1-PON串联有一个或多个二极管D，二极管D的连接方式设置成只允许电流从能源供应支路STR1-2流向直流母线中电势高的正极母线如LAN1而电流从直流母线中电势低的负极母线如LAN2流回到能源供应支路STR1-2。在可选的实施例中还可以在能源供应支路中如在STR2中将二极管D的位置布局在多级电压转换器中任意相邻的两个电压转换器之间。在图2中设相邻或不相邻而间隔开的且串联的功率优化电路譬如PON和前一级的功率优化电路，两个电压转换器之间可以设置前一级的功率优化电路的第二输出端直接地连接到后一级功率优化电路PON的第一输出端，还可以在前一级的功率优化电路的第二输出端和后一级功率优化电路PON的第一输出端之间连接二极管而且二极管D的阴极连接到前级的功率优化电路的第二输出端，同时该二极管D的阳极连接到后一级功率优化电路PON的第一输出端，此时实施例中二极管D的连接方式仍然设置成只允许电流从能源供应支路STR2流向直流母线中电势高的正极母线而电流从直流母线中电势低的负极母线流回到能源供应支路STR2。

[0059] 参见图3，该实施例的理解较佳的结合图2予以阐释说明，在图2中功率优化电路的输出电压的极性和输入电压的极性相同，而图3中功率优化电路的输出电压的极性和输入电压的极性则相反。在图2的实施例中：譬如第一级功率优化电路PO1的第一输入端连到配对的光伏电池PV1正极而且第一级功率优化电路PO1的第二输入端连到配对的光伏电池PV1负电极处，功率优化电路PO1在自身的第一输出端与第二输出端之间提供的输出电压体现为第一输出端(标+号)的电势高于第二输出端(标-号)的电势，也即功率优化电路的输出电压的极性和输入电压的极性相同的实施例。在图3的实施例中：譬如第一级功率优化电路PO1的第一输入端连到配对的光伏电池PV1正极而且第一级功率优化电路PO1的第二输入端连到配对的光伏电池PV1负电极处，功率优化电路PO1在自身的第一输出端与第二输出端之间提供的输出电压体现为第二输出端(标+号)的电势高于第一输出端(标-号)的电势，也即功率优化电路PO1的输出电压的极性和输入电压的极性相反的实施例。功率优化电路的输出电压的极性和输入电压的极性相同：常见的降压型拓扑的BUCK电路和升压型拓扑的BOOST、非反相BUCK-BOOST和SEPIC等电路结构大部分都是极性相同的正电压输出拓扑，而CUK和反相BUCK-BOOST等电路结构大部分都是极性相反的负电压输出拓扑结构，这些是常见的SMPS电路。

[0060] 参见图3，布置在能源供应支路譬如STR1-STR2中的与其多级电压转换器即功率优化电路PO1-PON串联的一个或多个二极管D，二极管D的连接方式设置成只允许电流从能源供应支路流向两个直流母线中电势高的一者如LAN2并且从两个直流母线中电势低的一者如LAN1流回能源供应支路STR1-STR2。譬如：STR2中首个第一级的电压转换电路即功率优化电路PO1的第一输出端连接一个二极管D的阴极，二极管D的阳极则连到两个直流母线LAN1-2中电势低的一者也即母线负极；或STR1中末尾的最后的一级的电压转换电路即功率优化电路PON的第二输出端连接一个二极管D的阳极，二极管的阴极连接到两个直流母线LAN1-2中电势高的另一者即母线正极。因此与多级电压转换器即功率优化电路PO1-PON串联有一个或多个二极管D，二极管D的连接方式设置成只允许电流从能源供应支路STR1-2流向直流母线中电势高的正极母线如LAN2而电流从直流母线中电势低的负极母线如LAN1流回到能源供应支路STR1-2。在可选的实施例中还可以在能源供应支路中如在STR2中将二极管D的位置布局在多级电压转换器中任意相邻的两个电压转换器之间。在图3的STR2中设相邻或不相邻而间隔开的且串联的功率优化电路譬如PO2和前一级的功率优化电路PO1，两个电压转换器之间可以设置前一级的功率优化电路的第二输出端直接地连接到后一级功率优化电路的第一输出端，还可以在前一级的功率优化电路的第二输出端和后一级功率优化电路的第一输出端之间连接二极管而且二极管的阳极连接到前级的功率优化电路PO1的第二输出端，二极管的阴极连接到后一级功率优化电路PO2的第一输出端，此时该实施例中二极管的连接方式仍然设置成只允许电流从能源供应支路STR2流向直流母线中电势高的正极母线而电流从直流母线中电势低的负极母线流回到能源供应支路STR2。

[0061] 参见图4，为了阐释本申请涉及的实现功率优化的方案的发明精神，以图示的实现功率变换的直流变换器100为例，注意本申请的直流变换器100和上下文提到的功率优化电路均可以采用极性相同或极性相反的直流到直流DC/DC电压转换器。能源供应系统还包括了从直流母线LAN1-LAN2上撷取电能并将电压输出到辅助电容CM上的所谓的直流变换器100，注意直流变换器100也可以从其他的独立电源处撷取电能，但是从直流母线处取电最为便捷。通常从直流母线取电需要利用分压器VD对母线电压分压，如果在母线电压的电压值不是很高的前提下也可以省略分压器VD而利用直流变换器100直接从母线电压取电也是允许的。譬如图4中利用带有电容CD1和CD2的电容分压器从直流母线上取电，分压节点是电容CD1和CD2之间的互连节点，注意电容CD1-CD2两者串联连接在直流母线LAN1-LAN2之间。
当然在其他的可选实施例中分压器VD还可以使用电阻分压器或者等同的分压器来替代电容分压器。视为SMPS的直流变换器100撷取到电能后将输入给它的直流电(譬如母线的分压值)通过降压或升压或升降压的转换而将输出电压存储到辅助电容CM上，因此辅助电容CM可以视为直流变换器100的输出电容以及辅助电容CM甚至还可以并联一个虚设负载来消耗部分功率，使得辅助电容上的电压能够维系在较为准确的预定电压值。在各个能源供应支路中至少布置一个下置二极管连接到两个直流母线中电势低的一者与其多级电压转换器之间，譬如我们可以在第一个能源供应支路STR1中布置下置二极管D连接到直流母线中电势低的一者如LAN2与其多级电压转换器PO1-PON之间，在第二个能源供应支路STR2中布置下置二极管D连接到直流母线中电势低的一者如LAN2与其多级电压转换器PO1-PON之间等。
每一个能源供应支路中布置的下置二极管的阴极均通过一个主控开关耦合到该辅助电容以及下置二极管的阳极耦合到一组直流母线中电势低的一者：譬如STR1中布置下置二极管D的阴极通过一个主控开关S1耦合到该辅助电容CM的第一电极以及该下置二极管D的阳极耦合到两个直流母线中电势低的一者如LAN2；譬如STR2中布置下置二极管D的阴极通过主控开关S2耦合到该辅助电容CM的第一电极以及该下置二极管D的阳极耦合到两个直流母线中电势低的一者如LAN2；而该辅助电容CM的另一个电极也即第二电极则耦合到两个直流母线中电势低的一者如LAN2，辅助电容基本上和下置二极管D并联。因为该辅助电容CM储存了电压，作为补偿能源供应支路的电位的措施，辅助电容CM储存的电压可以被主动叠加到任意某个能源供应支路中：任意一个能源供应支路通过将其配置的主控开关接通而将辅助电容的电压叠加到该任意一个能源供应支路中。譬如STR1通过将其配置的主控开关S1接通而将辅助电容CM的电压叠加到STR1中，也即STR1除了原始的串级电压V1+V2+……VN还应该再叠加上辅助电容CM的电压；譬如STR2通过将其配置的主控开关S2接通而将辅助电容CM的电压叠加到STR2中，也即STR2除了原始的串级电压V1+V2+……VN还应该再叠加上辅助电容CM的电压。优势是当能源供应支路的原始串级电压达不到额定要求时可以借助辅助电容CM的电压来弥补差额。

[0062] 参见图4，能源供应支路STR1中布置的下置二极管D的阴极在节点N1处通过对应的主控开关S1耦合到该辅助电容CM的第一电极以及该下置二极管D的阳极耦合到两个直流母线中电势低的一者如LAN2；能源供应支路STR2中布置的下置二极管D的阴极在节点N2处通过主控开关S2耦合到该辅助电容CM的第一电极以及下置二极管D的阳极耦合到两个直流母线中电势低的一者如LAN2；辅助电容CM的另一个电极也即第二电极则耦合到两个直流母线中电势低的一者如LAN2。

[0063] 参见图5，直流变换器100以降压电路为例，高频开关SW和电感L串联在取电的分压节点和辅助电容CM的第一电极之间，续流二极管DW则连接在高频开关SW和电感两者的互连节点和两个直流母线中电势低的一者如LAN2之间，高频开关SW接通则直流变换器100的输入电压向电感储能和向辅助电容CM充电，高频开关SW在开关周期内关断则电感L通过续流二极管DW续流并释放能量，续流二极管DW还可以被续流开关替代，只不过高频开关SW接通则续流开关关断或高频开关SW关断则续流开关就被接通，续流二极管DW的阳极连到LAN2而阴极连到SW/L两者的互连节点处。直流变换器100还可以是升压电路等SMPS开关电源电路，实际上直流变换器100就是将母线的取电来等效为输入电压，而将输出电压输送到辅助电容上。处理器200或者类似的控制器用于控制每一个能源供应支路所配对的主控开关如S1-S2等的接通或关断。直流变换器100中功率开关的接通或关断状态实质上由处理器200输出的开关控制信号或调制信号来控制，如逻辑器件、复数的处理器、控制装置、状态机或控制器或芯片以及软件驱动控制、门阵列和/或其他的等同控制器，脉宽调制信号最为典型；注意微处理器发出的用于控制主控开关如S1-S2等的驱动信号以及用于控制DC/DC电路的调制信号往往需要通过驱动器放大驱动能力之后才耦合到各个开关的栅极控制端。

[0064] 参见图6，在可选的实施例中，每一个能源供应支路还配置有感应其支路电流的电流传感器，譬如能源供应支路ST1配置有感应其支路电流I1的电流传感器SEN1和另外的能源供应支路ST2配置有感应其支路电流I2的电流传感器SEN2，以及每一个能源供应支路的支路电流譬如I1-I2等被其电流传感器输送至处理器200。当任意一个能源供应支路的支路电流低于预设的阈值电流ISH则将辅助电容CM的电压叠加到该任意一个能源供应支路中：譬如能源供应支路ST1的支路电流I1低于预设的阈值电流ISH则将辅助电容的电压叠加到能源供应支路ST1中，即处理器200驱动使主控开关S1接通；还譬如能源供应支路ST2的支路电流I2低于预设的阈值电流ISH则将辅助电容的电压叠加到能源供应支路ST2中，即处理器
200驱动使主控开关S2接通。在可选的实施例中除了使用电流传感器之外还可以利用替代电流传感器的其他实施手段：假设每一个能源供应支路还配置有感应其支路电压的电压传感器，譬如能源供应支路ST1配置有感应其支路电压其实也等效为串级电压VS1的电压传感器和另外的能源供应支路ST2配置有感应其支路电压其实也等效为串级电压VS2的电压传感器，每一个能源供应支路如STR1-2的支路电压譬如VS1-VS2等被其各自的电压传感器输送至处理器200，电压传感器的种类较多且主要是测量电压值，鉴于电压传感器所对应的电压测量方法在本领域属于已知技术因此图中没有特意标注。由于每一个能源供应支路的支路电压被其电压传感器输送至可以执行数据处理的处理器200，任意一个能源供应的支路电压低于预设的阈值电压VSH则将辅助电容的电压叠加到该能源供应支路中：如能源供应支路ST1的支路电压VS1低于预设的阈值电流VSH则将辅助电容的电压叠加到能源供应支路ST1中，处理器200驱动使主控开关S1接通；能源供应支路ST2的支路电压VS2低于预设的阈值电流ISH则将辅助电容的电压叠加到能源供应支路ST2中，处理器200驱动使主控开关S2接通。

[0065] 参见图6，在可选的实施例中，各个能源供应支路譬如STR1-STR2还配置有感应其支路电流的电流传感器譬如SEN1-SEN2，各个能源供应支路的支路电流如I1-I2被其电流传感器输送至处理器200，任意两个能源供应支路之间比较支路电流的大小并且将辅助电容的电压叠加到支路电流较小的能源供应支路中：譬如LAN1-LAN2之间并联的多个能源供应支路中任选两个能源供应支路如STR1-STR2之间比较支路电流如I1-I2的大小并且将辅助电容CM的电压叠加到支路电流较小的能源供应支路中，如果I1小于I2则将辅助电容CM的电压叠加到支路电流较小的能源供应支路STR1中，使STR1叠加的电压等于原始的串级电压V1+V2+……VN再叠加上辅助电容CM的电压，而STR2依然是它当中的各个优化器提供的原始的串级电压V1+V2+……VN。在可选的实施例中，各个能源供应支路还配置有感应其支路电压的电压传感器，电压传感器没有在图中标注，以及各个能源供应支路的支路电压被其电压传感器输送至处理器200，两个能源供应支路之间比较支路电压的大小并且将辅助电容的电压叠加到支路电压较小的能源供应支路中：譬如直流母线LAN1-LAN2之间并联的多个能源供应支路中任选能源供应支路如STR1-STR2之间比较支路电压如VS1-VS2的大小并且将辅助电容CM的电压叠加到支路电压较小的能源供应支路中，如果VS2小于VS1则将辅助电容CM的电压叠加到支路电压较小的能源供应支路STR2中，使STR2叠加的电压等于它原始的串级电压V1+V2+……VN再叠加上辅助电容CM的电压，作为对比，而STR1能够提供的电压依然是它当中的各个优化器提供的原始的串级电压V1+V2+……VN，无疑STR2被辅助电容补偿了部分差额。

[0066] 参见图7，前文记载的多种功率优化电路所采用的电压转换器基本都是正极性的也即输入电压和输出电压的极性相同，实际上，每块光伏组件或称光伏电池各自均配置有执行升压或降压或升降压的电压转换电路还可以采用极性相反的转换器，隔离或者非隔离的电压转换器均可，丘克CUK电路是典型的反极性变换器。本实施例中以：譬如一个电池串组中的第一个光伏组件PV1产生的光伏电压由第一个功率优化电路PO1进行DC/DC反极性的电压转换以执行电压升降，第二个光伏组件PV2产生的光伏电压由第二个功率优化电路PO2进行反极性的电压转换，……类推直至第N级的光伏组件PON产生的光伏电压由第N级功率优化电路PON进行反极性电压转换以执行电压升降功能。其实与每块光伏电池PV对应的功率优化电路PO输出的电压才可以表征该光伏电池PV提供在光伏电池串组上的实际电压。第一级功率优化电路PO1、第二级功率优化电路PO2直至还有所谓的第N级的功率优化电路PON等均通过串接线LN串联连接，传输串接线上由电压转换电路也即功率优化电路PO1-PON各自输出的电压所叠加得到的串级电压被输送给类似于汇流箱或者逆变器等电力电子设备进行汇流再逆变等。

[0067] 参见图7，是类似于丘克CUK电路等反极性的变换器串联的实施例。布置在能源供应支路譬如STR1中的与其多级电压转换器也即功率优化电路PO1-PON串联的一个或多个二极管D，二极管D的方式设置成只允许电流从能源供应支路STR1流向一组直流母线中电势高的一者而从一组直流母线中电势低的一者流回能源供应支路STR1。譬如首个第一级的电压转换电路也即功率优化电路PO1的第一输出端连接一个二极管D的阴极而该二极管D的阳极则连接到两个直流母线中电势低的一者LAN1即母线负极；或末尾的最后的一级的电压转换电路即功率优化电路PON的第二输出端连接一个二极管D的阳极而二极管D的阴极则连接到两个直流母线中电势高的另一者LAN2即母线正极；因此与多级电压转换器即功率优化电路PO1-PON串联有一个或多个二极管D，二极管的连接方式设置成只允许电流从能源供应支路STR1流向直流母线中电势高的正极母线而电流从直流母线中电势低的负极母线流回到能源供应支路STR1。图7中两个直流母线当中位于上方的母线是负极母线而位于下方的母线是正极母线，但是图2中两个直流母线当中位于上方的母线是正极母线而位于下方的母线是负极母线，引起这种不同的正负极结果的原因是图2使用了同极性的电压转换器而图7使用了反极性的电压转换器。

[0068] 参见图7，为了阐释本申请涉及的实现功率优化的方案的发明精神，以图示的实现功率变换的直流变换器100为例，注意本申请的直流变换器100和上下文提到的功率优化电路均可以采用极性相同或极性相反的直流到直流DC/DC电压转换器。能源供应系统还包括了从直流母线LAN1-LAN2上撷取电能并将电压输出到辅助电容CM上的所谓的直流变换器100，注意直流变换器100也可以从其他的独立电源处撷取电能，但是从直流母线处取电最为便捷。视为SMPS的直流变换器100撷取到电能后将输入给它的直流电通过降压或升压或升降压的转换而将输出电压存储到辅助电容CM上，因此辅助电容可以视为直流变换器100的输出电容以及辅助电容CM甚至还可以并联一个虚设负载来消耗部分功率，使得辅助电容上的电压能够维系在较为准确的预定电压值。在各个能源供应支路中需要至少布置一个下置二极管连接到两个直流母线中电势低的一者与其多级电压转换器之间，譬如我们可以在第一个能源供应支路STR1中布置下置二极管D连接到直流母线中电势低的一者如LAN1与其多级电压转换器PO1-PON之间，还譬如在第二个能源供应支路STR2中布置下置二极管D连接到直流母线中电势低的一者如LAN1与其多级电压转换器PO1-PON之间等。每一个能源供应支路中布置的下置二极管的阴极均通过各自的主控开关耦合到该辅助电容CM以及下置二极管的阳极均耦合到一组直流母线中电势低的一者：譬如STR1中布置的下置二极管D的阴极通过一个主控开关S1耦合到该辅助电容CM的第一电极以及该下置二极管D的阳极耦合到两个直流母线中电势低的一者譬如该LAN1；例如还在STR2中布置的下置二极管D的阴极通过主控开关S2耦合到该辅助电容CM的第一电极以及该下置二极管D的阳极耦合到两个直流母线中电势低的一者譬如LAN1；而该辅助电容CM的另一个电极也即第二电极则耦合到两个直流母线中电势低的一者如LAN1，辅助电容基本上和下置二极管D并联。因为辅助电容CM储存了部分电压，作为补偿能源供应支路的电位的措施，辅助电容CM储存的电压可以被主动叠加到任意某个能源供应支路中：任意一个能源供应支路通过将其配置的主控开关接通而将辅助电容的电压叠加到该任意一个能源供应支路中。譬如STR1通过将其配置的主控开关S1接通而将辅助电容CM的电压叠加到STR1中，即能源供应支路STR1除了原始的串级电压V1+V2+……VN还应该再叠加上辅助电容CM的电压；譬如STR2通过将其配置的主控开关S2接通而将辅助电容CM的电压叠加到STR2中，即STR2除了原始的串级电压V1+V2+……VN还应该再叠加上辅助电容CM的电压。

[0069] 参见图7，能源供应支路STR1中布置的下置二极管D的阴极在节点N3处通过对应的主控开关S1耦合到该辅助电容CM的第一电极以及该下置二极管D的阳极耦合到两个直流母线中电势低的一者如LAN1；能源供应支路STR2中布置的下置二极管D的阴极在节点N4处通过主控开关S2耦合到该辅助电容CM的第一电极以及下置二极管D的阳极耦合到两个直流母线中电势低的一者如LAN1；辅助电容CM的另一个电极即第二电极则耦合到两个直流母线中电势低的一者如LAN1。图3-6在本申请中记载的各项技术特征和技术方案同样还适用于图7的实施例。

[0070] 参见图8，在可选的实施例中，图8是基于图7的技术方案而和图7的主要区别特征则是利用同步开关来取代下置二极管，因此图3-7在本申请中记载的各项技术特征和技术方案同样还适用于图8的实施例。在能源供应支路中，每一个电压转换器视为功率优化器而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处。能源供应系统还包括从直流母线LAN1-LAN2上撷取电源并将电压输出到辅助电容CM上的直流变换器100，在能源供应支路中布置一个同步开关连接到一组直流母线中电势低的一者与其多级电压转换器之间，譬如在能源供应支路STR1中布置同步开关Q1连接到一组直流母线中电势低的一者譬如LAN1与其多级电压转换器PO1-PON之间，在可选的实施例中还譬如在STR2中布置同步开关Q2连接到一组直流母线中电势低的一者譬如LAN1与其多级电压转换器PO1-PON之间。每一个能源供应支路中布置的同步开关的第一端子均通过一个主控开关耦合到该辅助电容且同步开关的第二端子耦合到一组直流母线中电势低的一者；并且任意一个能源供应支路通过将其配置的主控开关接通而将辅助电容的电压叠加到该任意一个能源供应支路中。例如：STR1中布置的同步开关Q1的第一端子譬如漏极端子在节点N3处通过主控开关S1耦合到该辅助电容的第一电极，同步开关Q1的第二端子譬如源极则耦合到一组直流母线中电势低的一者如LAN1，同步开关Q1以及主控开关S1它们各自的栅极控制端则接收来自处理器200的控制信号，STR1通过将其配置的主控开关S1接通而将辅助电容的电压叠加到该能源供应支路STR1中。例如：还在能源供应支路STR2中布置的同步开关Q2自身的第一端子如漏极端子在节点N4处通过主控开关S2耦合到辅助电容的第一电极，而同步开关Q2的第二端子如源极则耦合到一组直流母线中电势低的一者如LAN1，同步开关Q2以及主控开关S2它们各自的的栅极控制端接收来自处理器200的控制信号，STR2通过将其配置的主控开关S2接通而将辅助电容的电压叠加到该能源供应支路STR2中。处理器200用于控制每一个能源供应支路所配对的主控开关和同步开关的接通或关断，任意一个能源供应支路所配对的主控开关和同步开关设为一对互补开关，譬如互补的Q1/S1当中的一者接通则另一者关断，或者还譬如一对互补的Q2/S2当中的一者关断则另一者接通。前文提及的电流传感器和电压传感器来监测支路电流或直流电压可以作为接通/关断主控开关的依据，因此前文提及的电流传感器和电压传感器同样也适用于图8的实施例，即任意一个能源供应支路何时将辅助电容的电压叠加到该能源供应支路中可依赖这类传感器的监测结果。

[0071] 综上所述，在能源供应支路中，将二极管的位置布局在一组直流母线中之一和多级电压转换器之间或布局在一组直流母线中的另一个和多级电压转换器之间：如STR1中主张将二极管D位置布局在一组直流母线中之一也即LAN2和多级电压转换器之间，意味着从首个PO1排序到末尾PON的多级电压转换器中是将二极管D布局在LAN2和末尾的电压转换器PON之间；还譬如STR2中主张可以将二极管D位置布局在一组直流母线中的另一个也即LAN1和多级电压转换器之间，则从首个PO1排序到末尾PON的多级电压转换器中是将二极管D布局在LAN1和首个电压转换器PO1之间。注意直流电源在前文中主要是以光伏组件为例，实质上直流电源的类型至少包括燃料电池或光伏组件甚至化学储能电池等。能源供应系统还包括耦合到直流母线上的能源收集装置，在上文内容中虽然主要以逆变器INVT为例来解释能源收集装置，实质上能源收集装置还包括逆变器或为蓄电池充电的充电器。在母线LAN1-LAN2之间并联的多个能源供应支路中，当任意两个能源供应支路各自所提供的电压之间存在电压差时，由它们配置的二极管D来抑制在该任意两个能源供应支路之间形成反向闭合回路，避免图1的LOP产生。在直流母线之间并联的多个能源供应支路中，当任意某个能源供应支路提供的电压例如VS1/VS2低于直流母线LAN1-LAN2的电压时，藉由STR1-STR2各自的二极管来抑制直流母线和该任意某个能源供应支路譬如STR1-STR2之间形成反向回路，也即防止直流母线电压在能源供应支路上产生任何形式的反向电流。反向电流不符合以下规则：从能源供应支路流向直流母线中电势高的一者和从直流母线中电势低的一者流回能源供应支路。

[0072] 以上通过说明和附图的内容，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，上述发明提出了现有的较佳实施例，但这些内容并不作为局限。对于本领域的技术人员而言阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容都应认为仍属本发明的意图和范围内。

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