可产生载波信号的用于光伏组件功率优化的电压转换电路的制作方法

本发明主要涉及到光伏发电领域，确切的说，是涉及到在含有光伏电池的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的目标工作数据进行以载波方式的通信予以收发。

背景技术：

随着全球光伏发电产业规模的迅猛发展壮大及互联网的高度渗透，智能化已成为光伏电站的发展趋势，智能发电、高效运维、安全管理已成为行业共识。运用信息和通信领域的专业技术，提出光伏电站智能化解决方案，打造光伏能源产业的物联网，促成光伏发电系统的智能化，提升光伏电站的发电效率，实现智能化运维，并在智能服务平台上对集中式或分布式光伏发电系统的各个核心设备进行远程实时监控和高度智能化管理，核心的问题就是采集光伏组件的目标工作参数。光伏组件的参数数据的作用体现在：根据大数据算法可以及时分析光伏组件的故障、问题和缺陷的实质根源；分析最佳储能并网方式，以利润最大化为目标来实现光伏储能和释放电力到电网的时机，为电站规划实时并网方案而起到电网削峰填谷的作用；实时监控每块光伏组件运行状况和历史运行数据，根据大数据预警某些光伏组件在未来可能存在的各种安全隐患；甄别不同光伏组件供应商提供的组件在发电历史数据中的表现，告知电站不同组件供应商提供的组件的真实性能。

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。光伏电池的工作参数监控在实际的应用场合更多的是采用了电力线载波通信作为通讯手段，依靠电力载波很容易将光伏电池的参数作为通信数据传递到光伏电池提供光伏电压的电力线上，再从电力线上进行载波信号的解码即可撷取光伏电池的实时参数，除了载波之外无线通信也是数据收发的手段。无线通信非常受限于组件的应用场地：集中式的大型电站大部分布局在郊野地带甚至开阔水域面上，分布式的屋顶式的小型电站为了便于接收太阳辐射而布局在建筑顶层，这种非近场的通信规模，都给无线通信的适用范围造成了较大的弊端。

考虑到光伏电池的工作参数监控在实际的应用场合中，更多的是采用电力线载波作为通讯手段，依靠电力载波很容易将光伏电池的参数作为通信数据传递到光伏电池提供光伏电压的电力线上，再从电力线上进行载波信号的解码即可撷取光伏电池的实时参数。电力线不同于普通的数据通信线路，其初衷是为了进行电能而并非是数据的传输，对于数据通信而言，信道并不理想，是一个非常不稳定的传输信道，这具体表现为噪声显著且信号衰减严重。为克服不稳定的问题，电力线宽带载波技术采用了扩频、正交频分复用等调制技术，而事实证明，多载波正交频分复用是目前为止解决在电力线上传输干扰问题的有效方法，电力线宽带通信采用正交频分复用技术能有效的抵抗多径干扰，使受干扰的信号仍能可靠接收。采样类似这样的手段来提高信号的可靠性仅仅是一方面，但在光伏电池和载波同时应用的场合，由于光伏电池自身的电压水准受到周遭环境温度、光辐射强度的影响会发生大幅度的变化，所以在电力线上的载波信号自身传播的畸变再加上电池这种输出特性容易波动的特征混合在一起，导致接收端期望撷取的真实载波信号并不精准、误码率高而且光伏电池串组叠加的电压也受到载波干扰导致整个串组上的实际电压可能并不在预期的范围内。本申请考虑利用载波信号传输光伏电池的电压、电流、功率及温度等目标工作参数，建立合理的通讯机制，通过这种通讯机制从电池板发送参数数据，减轻采集数据的压力和避免数据采集的通信过程对电池板发电造成负面影响。

技术实现要素：

在一个可选的非限制性的实施例中，本申请公开了一种集成载波发送功能的应用于光伏组件的电压转换电路，其中，用于提供串级电压的每一个电池串组均串联连接有多个光伏组件，所述光伏组件均配置有用于执行最大功率点追踪的所述电压转换电路以及由所述电压转换电路输出与之配对的光伏组件实施直流电压转换后的输出电压，还包括：

用作开关模式电源的所述电压转换电路的电压输出路径上布置的第一电感；

并联在所述第一电感的两端的相互串联连接在一起的第一开关和第一电容；

在所述电压转换电路发射载波信号的通信阶段识别载波信号的模式包括：

第一开关处于接通状态，从所述输出电压中滤除开关控制信号在驱动所述电压转换电路过程中混频至所述输出电压中的高频开关纹波，输送所述输出电压的直流传输线上因视为载波信号的高频开关纹波被滤除的情况定义为载波信号的第一逻辑态；

第一开关处于关断状态，所述输出电压中叠加有开关控制信号在驱动所述电压转换电路过程中混频至所述输出电压中的高频开关纹波，输送所述输出电压的直流传输线上因混合有视为载波信号的高频开关纹波的情况定义为载波信号的第二逻辑态。

上述的集成载波发送功能的应用于光伏组件的电压转换电路，其中，任意一个所述电压转换电路在开关控制信号的驱动之下将相应的一个所述光伏组件产生的电压源实施升压或降压或升降压的直流电压转换。

上述的集成载波发送功能的应用于光伏组件的电压转换电路，其中，每一个所述电压转换电路包括耦合到一个光伏组件正负极的第一、第二输入端和包括提供输出电压的第一、第二输出端，其输出电容连接在第一、第二输出端之间；以及

还具有耦合到第一输出端的第一节点和耦合到第二输出端的第二节点，所述第一电感连接在第一输出端与第一节点之间或连接在第二输出端与第二节点之间。

上述的集成载波发送功能的应用于光伏组件的电压转换电路，其中，由多级所述电压转换电路串联连接，任意前一级电压转换电路的第二节点通过所述直流传输线耦合到相邻后一级电压转换电路的第一节点；从而

在多级的所述电压转换电路串联连接时它们各自的输出电容相互串联连接，多级所述电压转换电路提供的总的串级电压等于它们各自的输出电容上的电压的叠加值。

上述的集成载波发送功能的应用于光伏组件的电压转换电路，其中，每一个所述电压转换电路的第一和第二节点间还串联连接有第二开关和第二电容；

在载波信号具有第二逻辑态的阶段所述第一和第二开关为互补开关，在所述第一开关处于关断状态时所述第二开关处于接通状态以提高所述高频开关纹波的波动幅度。

上述的集成载波发送功能的应用于光伏组件的电压转换电路，电压转换电路包括：

第一、第二功率开关串联在第一和第二输入端之间；

第三、第四功率开关串联在第一和第二输出端之间；

第一和第二功率开关两者相连的第一互连节点与第三和第四功率开关两者相连的第二互连节点之间设置有主电感元件。

上述的集成载波发送功能的应用于光伏组件的电压转换电路，其中，所述电压转换电路处于未发射载波信号的非通信阶段，第一开关处于持续关断状态。

上述的集成载波发送功能的应用于光伏组件的电压转换电路，其中，所述开关控制信号在驱动所述电压转换电路过程中的开关操作频率高于在所述通信阶段所述第一开关的开关切换频率。

上述的集成载波发送功能的应用于光伏组件的电压转换电路，其中，第一逻辑态和第二逻辑态中的一者用于表征二进制码元中的1或0而另一者则用于表征二进制码元中余下的另一个。

在一个可选的非限制性的实施例中，本申请公开了一种通过应用于光伏组件的电压转换电路产生载波信号的方法，其中，用于提供串级电压的每一个电池串组均串联连接有多个光伏组件，所述光伏组件均配置有用于执行最大功率点追踪的所述电压转换电路以及由所述电压转换电路输出与之配对的光伏组件实施直流电压转换后的输出电压；以及

用作开关模式电源的所述电压转换电路的电压输出路径上布置的第一电感；

并联在所述第一电感的两端的相互串联连接在一起的第一开关和第一电容；

所述的方法包括：

在所述电压转换电路未发射载波信号的非通信阶段驱动第一开关持续关断；

在所述电压转换电路发射载波信号的通信阶段驱动第一开关在接通和关断间切换；

在通信阶段驱动第一开关予以接通，从所述输出电压中滤除开关控制信号在驱动所述电压转换电路过程中混频至所述输出电压中的视为载波信号的高频开关纹波，在输送所述输出电压的直流传输线上因高频开关纹波被滤除而定义为载波信号具有第一逻辑态；

在通信阶段驱动第一开关予以关断，所述输出电压中叠加有开关控制信号在驱动所述电压转换电路过程中混频至所述输出电压中的视为载波信号的高频开关纹波，输送所述输出电压的直流传输线上因混合有高频开关纹波而定义为载波信号具有第二逻辑态。

上述的方法，其中：

每一个所述电压转换电路包括耦合到一个光伏组件正负极的第一、第二输入端和包括提供输出电压的第一、第二输出端，其输出电容连接在第一、第二输出端之间；以及

还具有耦合到第一输出端的第一节点和耦合到第二输出端的第二节点，所述第一电感连接在第一输出端与第一节点之间或连接在第二输出端与第二节点之间。

上述的方法，其中：

由多级所述电压转换电路串联连接，任意前一级电压转换电路的第二节点通过所述直流传输线耦合到相邻后一级电压转换电路的第一节点；从而

在多级的所述电压转换电路串联连接时它们各自的输出电容相互串联连接，多级所述电压转换电路提供的总的串级电压等于它们各自的输出电容上的电压的叠加值。

上述的方法，其中：

每一个所述电压转换电路的第一和第二节点间还串联连接有第二开关和第二电容；

在载波信号具有第二逻辑态的阶段：

还驱动所述第二开关予以接通以提高所述高频开关纹波的波动幅度。

在一个可选的非限制性的实施例中，本申请公开了一种可产生载波信号的用于光伏组件功率优化的电压转换电路，其中，用于提供串级电压的每一个电池串组均串联连接有多个光伏组件，所述光伏组件均配置有用于执行最大功率点追踪的所述电压转换电路以及由所述电压转换电路输出与之配对的光伏组件实施直流电压转换后的输出电压，还包括：

用作开关模式电源的所述电压转换电路的电压输出路径上布置的第一电感；

并联在所述第一电感的两端的相互串联连接在一起的第一开关和第一电容；

在所述电压转换电路发射载波信号的通信阶段识别载波信号的模式包括：

第一开关处于关断状态，被充电的第一电容两端的电位差没有被叠加到输送所述输出电压的直流传输线上，直流传输线上因为缺乏该电位差瞬态加载到直流传输线上而诱发的视为载波信号的脉冲的情况，定义为载波信号具有第一逻辑态；

第一开关处于接通状态，被充电的第一电容两端的电位差直接被叠加到输送所述输出电压的直流传输线上，直流传输线上因混合有该电位差瞬态加载到直流传输线上所诱发的视为载波信号的脉冲的情况，定义为载波信号具有第二逻辑态。

上述的可产生载波信号的用于光伏组件功率优化的电压转换电路，其中：

每一个所述电压转换电路包括耦合到一个光伏组件正负极的第一、第二输入端和包括提供输出电压的第一、第二输出端，其输出电容连接在第一、第二输出端之间；以及

还具有耦合到第一输出端的第一节点和耦合到第二输出端的第二节点，所述第一电感连接在第一输出端与第一节点之间或连接在第二输出端与第二节点之间。

上述的可产生载波信号的用于光伏组件功率优化的电压转换电路，其中：

由多级所述电压转换电路串联连接，任意前一级电压转换电路的第二节点通过所述直流传输线耦合到相邻后一级电压转换电路的第一节点；从而

在多级的所述电压转换电路串联连接时它们各自的输出电容相互串联连接，多级所述电压转换电路提供的总的串级电压等于它们各自的输出电容上的电压的叠加值。

上述的可产生载波信号的用于光伏组件功率优化的电压转换电路，其中：

所述第一电感连在第一输出端与第一节点之间；

所述第一电容的第一端耦合到一个参考电压源；

所述第一电容的第二端耦合到所述第一输出端；

所述第一开关连接在所述第一电容的第一端和所述第一节点之间。

上述的可产生载波信号的用于光伏组件功率优化的电压转换电路，其中：

所述第一电感连在第二输出端与第二节点之间；

所述第一电容的第一端耦合到一个参考电压源；

所述第一电容的第二端耦合到所述的第二节点；

所述第一开关连接在所述第一电容的第一端和所述第二输出端之间。

上述的可产生载波信号的用于光伏组件功率优化的电压转换电路，其中：

所述第一电容的第一端通过一个第二开关耦合到所述参考电压源；

所述第一电容在第一开关处于接通状态下放电后，由第二开关切换到接通状态而给所述第一电容充电并在充电结束后所述第二开关切换到关断状态。

上述的可产生载波信号的用于光伏组件功率优化的电压转换电路，其中：

电压转换电路包括：

第一、第二功率开关串联在第一和第二输入端之间；

第三、第四功率开关串联在第一和第二输出端之间；

第一和第二功率开关两者相连的第一互连节点与第三和第四功率开关两者相连的第二互连节点之间设置有主电感元件。

上述的可产生载波信号的用于光伏组件功率优化的电压转换电路，其中：

所述电压转换电路处于未发射载波信号的非通信阶段，第一开关处于持续关断状态。

上述的可产生载波信号的用于光伏组件功率优化的电压转换电路，其中：

第一和第二逻辑态中的一者用于表征二进制码元中的1或0而另一者则用于表征二进制码元中余下的另一个。

在一个可选的非限制性的实施例中，本申请公开了一种通过用于光伏组件功率优化的电压转换电路产生载波信号的方法，其中，用于提供串级电压的每一个电池串组均串联连接有多个光伏组件，光伏组件均配置有用于执行最大功率点追踪的所述电压转换电路以及由所述电压转换电路输出与之配对的光伏组件实施直流电压转换后的输出电压；以及

用作开关模式电源的所述电压转换电路的电压输出路径上布置的第一电感；

并联在所述第一电感的两端的相互串联连接在一起的第一开关和第一电容；

所述的方法包括：

在所述电压转换电路未发射载波信号的非通信阶段驱动第一开关持续关断；

在所述电压转换电路发射载波信号的通信阶段驱动第一开关在接通和关断间切换；

在通信阶段驱动第一开关予以关断，被充电的第一电容两端的电位差没有被叠加到输送所述输出电压的直流传输线上，直流传输线上因为缺乏该电位差瞬态加载到直流传输线上而诱发的视为载波信号的脉冲的情况，定义为载波信号具有第一逻辑态；

在通信阶段驱动第一开关予以接通，被充电的第一电容两端的电位差直接被叠加到输送所述输出电压的直流传输线上，直流传输线上因混合有该电位差瞬态加载到直流传输线上所诱发的视为载波信号的脉冲的情况，定义为载波信号具有第二逻辑态。

上述的方法，其中：

每一个所述电压转换电路包括耦合到一个光伏组件正负极的第一、第二输入端和包括提供输出电压的第一、第二输出端，其输出电容连接在第一、第二输出端之间；以及

还具有耦合到第一输出端的第一节点和耦合到第二输出端的第二节点，所述第一电感连接在第一输出端与第一节点之间或连接在第二输出端与第二节点之间。

上述的方法，其中：

由多级所述电压转换电路串联连接，任意前一级电压转换电路的第二节点通过所述直流传输线耦合到相邻后一级电压转换电路的第一节点；从而

在多级的所述电压转换电路串联连接时它们各自的输出电容相互串联连接，多级所述电压转换电路提供的总的串级电压等于它们各自的输出电容上的电压的叠加值。

上述的方法，其中：

所述第一电感连在第一输出端与第一节点之间；

所述第一电容的第一端耦合到一个参考电压源；

所述第一电容的第二端耦合到所述第一输出端；

所述第一开关连接在所述第一电容的第一端和所述第一节点之间。

上述的方法，其中：

所述第一电感连在第二输出端与第二节点之间；

所述第一电容的第一端耦合到一个参考电压源；

所述第一电容的第二端耦合到所述的第二节点；

所述第一开关连接在所述第一电容的第一端和所述第二输出端之间。

上述的方法，其中：

所述第一电容的第一端通过一个第二开关耦合到所述参考电压源；

在通信阶段驱动第一开关从关断切换到接通导致所述第一电容放电后，还驱动第二开关予以接通而给所述第一电容充电并在充电结束后再驱动所述第二开关予以关断。

本申请的核心思路是充分利用开关型电源自身的特性，将电压变换器在开关动作过程中自然存在的高频纹波作为通信载波，将电压变换器中固有的主电感元件上的稳定的开关纹波信号耦合至电路的输出端到直流母线上，其核心思路不受具体电压转换拓扑形式限制例如除了典型的buck外boost和buck-boost均可适用，因为这些拓扑都离不开储能电感，而开关纹波大部分时候被耦合到储能电感上，从而本申请可以在无须额外增加通信模块和载波电路的前提下，通过耦合的方式将稳定的高频纹波送至直流总线，从而实现功率信号的复合传输，使电池的目标参数通过载波执行数据的通信。

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，本发明的特征和优势将显而易见。

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。

图2是在同一个电池串组中多个光伏组件相互串联连接起来的范例示意图。

图3是一个光伏组件对应由一个电压转换电路进行功率优化的范例示意图。

图4是电压转换电路基于发送组件的数据的需求配置的载波模块的示意图。

图5是电压转换电路利用固有的高频开关纹波而采用的载波模块的示意图。

图6是视为载波的开关纹波在部分时段被滤除体现出的逻辑状态的示意图。

图7是电压转换电路增强高频开关纹波的振幅而采用的载波模块的示意图。

图8是视为载波信号的高频开关纹波可以提高振幅强度的大致波形示意图。

图9是电压转换电路利用单独附加的电容电压而采用的载波模块的示意图。

图10是电压转换电路利用附加的电容电压而采用的改进载波模块的示意图。

图11是由电容电压所引起的脉冲被视为载波而体现出的逻辑状态的示意图。

具体实施方式

下面将结合各实施例，对本发明的方案进行清楚完整的阐述，所描述的实施例仅是本发明用作叙述说明所用的实施例而非全部的实施例，基于该等实施例，本领域的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的方案都属于本发明的保护范围。

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，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、脉冲频率调制等多种，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；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。当操作开关模式电源时的开关操作所导致产生的开关噪声会使得在包括开关模式电源的电子设备中产生电磁干扰。开关噪声表示由于配置开关模式电源的功率开关的开关操作频率而发生的噪声分量以及某些谐波分量。当发生电磁干扰时，包括开关模式电源的电力装置的周边电子装置的操作受到干扰。用于抑制电磁干扰发生的惯用方法是改变调制开关操作频率的方法。但是频率调制的方法会产生根据开关操作频率调制的输出电压纹波，该输出电压纹波叠加到由输入电压的纹波引起的输出电压纹波分量上，从而产生更大的输出电压纹波。

在开关电源系统中，本申请充分利用视为功率优化器的直流到直流的电压变换器这种开关电源自身的特性，将电压变换电路在功率开关的开关动作过程中天然存在的固有高频开关纹波作为通信载波，通过在电压变换电路中加入电感/电容元件，将电压变换电路中固有的不可消除的稳定高频开关纹波信号耦合至电路的输入端或输出端，进一步传递至用于提供总的串级电压的公共直流传输线上。总传输线上通过各种高频纹波采样电路去采集该总传输线上的纹波信号是否存在，就可以甄别载波信号的逻辑状态。本申请基于耦合高频纹波信号到传输线路上可以在不影响电压转换器的正常工作的前提下，将天然存在的开关纹波作为通信载波，无需增加额外的通信线路和信号调制设备，无需额外注入信号即可实现数据通信，减小了系统的体积、功耗和成本，提高了通信的智能化水平。

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，供给本地使用或发电上网。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，拓扑也略有区别，譬如buck或boost或buck-boost电路。

串联型的功率优化器采用的是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。

并联型的功率优化器同样采用的是固定电压模式。逆变器根据直流电和交流电的闭合环来确定母线电压，每个优化器把各自的输出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。同时如果个别组件被严重的遮挡而无法启动升压设备，优化器自动断开连接并发送报错信号，并且重新启动直到遮挡问题移除。然而相比于串联拓扑，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，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，显而易见这相当于10倍以上的提升幅度。这对于没有使用变压器的场合，而是仅仅靠开关控制的升压设备是一个比较有挑战性的工作周期。

功率优化器一个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。因为固定电压的技术，不但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，所以对于发电系统的安全性能和可靠性也是一个跨越式的进步。

除了电路拓扑在结构上面的优势，功率优化器在最大功率点追踪算法上也有着先天的优势。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。先进点的追踪法这些还采用结合法：比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。这些算法在理想测试条件下，准确率都可以达到99%以上，其实当前最大的挑战是多波峰和光照陡增情况。多波峰的意思是在一个阵列的功率-电流或功率-电压曲线图中出现了多个功率峰值。其形成的原因多种多样，其中之一是因为部分组件因为遮挡而正向偏转了旁路二极管，导致三分之一的电池被绕开而导致串组的工作电压降低，进而出现阵列的电压错配而出现多波峰情况。或者因为遮挡而旁路二极管依然处在反向偏转的未启动状态，而在同一组串中出现电流错配而导致的多波峰情况。多波峰和光照陡增对于许多最大功率点算法有着巨大的影响，由于其不可控和多变性，会混淆追踪器对于探测方向的判断以及对于哪个峰值是最大功率点的判断。其实这种问题的根本原因，就是接入的组件太多了。试想如果每个优化器就只接一个组件，每个组件只有两到三个旁路二极管，而组件间又互不影响，这对于最大功率点的分析和追踪难度有着极大的降低，同时对于控制器的逻辑编辑也是非常的简洁和准确。因为仅仅是一个38伏和8.9安的iv曲线图，优化器的最大功率点追踪并不需要用传统的算法来追踪最大功率点，当前通用的有两种，首先是切点追踪法，其次是配有二级追踪的电阻控制法和电压控制法相结合的方法。正是基于这种优势，才可以让优化器相较于传统的逆变器有着30%左右的产能提升。另外不同于微型逆变器的有限交流功率，功率优化器可以完全传输收集到的功率给逆变器。

功率优化器不但兼容所有的晶硅电池板，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。然而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。同时，功率优化器的输入电压范围大约在5伏至50伏之间，这样就确保了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，通过额外的控制盒进行和第三方逆变器的沟通以及对系统的调控。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。须强调的是，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。

在光伏发电领域，光伏组件或光伏电池pv是发电的核心部件之一，太阳能电池板在主流技术的方向分为单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、非晶硅太阳能电池等，大型的集中式光伏电站采用的电池组件的数量庞大，小型的分布式户用型小型电站采用的电池组件的数量相对较少。由于硅电池在本领域要求的使用年限一般高达二十多年的寿命，所以对电池板的长期性和持久性监测是必不可少的。很多内部和外部因素都会导致光伏组件的发电效率降低，如光伏组件自身之间的制造差异或安装差异或阴影遮挡或最大功率追踪适配等因素都会引起效率低下。以典型的阴影遮挡为例，如果部分光伏组件被云朵或建筑物或树影或污垢等类似情况遮挡后，这部分组件就会由电源变成负载而不再产生电能，光伏组件在发生热斑效应严重的地方局部温度可能较高，有的甚至超过150℃，导致组件局部区域烧毁或形成暗斑、焊点融化、封装材料老化、玻璃炸裂、腐蚀等永久性破坏，给光伏组件的长期安全性和可靠性造成极大地的隐患。光伏电站/系统亟待解决的问题就是：能够实时地观察每一块被安装的光伏电池板的工作状态，可以对电池的过温、过压、过流和输出端短接等异常情况进行预警，这对发生异常的电池采取类似于主动安全关断或其他的应急措施是十分有意义的。无论是集中式光伏电站还是分布式小型电站，基于针对光伏组件采集的工作参数数据对于判断和识别那些存在潜在问题的组件十分必要。

在光伏发电领域，光伏组件或称光伏电池需要先串联成电池串组，电池串组再并联向电力设备例如汇流箱或逆变器供电，涉及到组件或电池的安装，这需要绝对的安全。如果光伏组件发生过温或过压或过流等类似的异常情况，无疑我们需要主动去触发关断这些异常的光伏组件的动作，在异常的光伏组件退出异常状态而恢复到正常状态时我们又需要再次接入这些光伏组件，这同样需要绝对的安全。而且有些场合需要检测组件的发电量或者说是监测输出功率情况，这是判断组件质量的依据，例如如果组件的发电量降低很明显则很可能也是发生了发电异常事件，被鸟粪、灰尘、建筑物、树影、云朵等遮挡，这需要我们去清洁电池或改变安装方位等措施。本领域的技术人员知道，单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、非晶硅太阳能电池等都是属于特性容易发生衰减的材质，监控组件的衰减程度是必要的，这对于判断电池的质量极其重要。问题是：我们并不知道如何在庞大组件阵列中甄别那些组件是异常组件那些组件是正常组件，下文内容会解决该问题。很多时候我们在安装阶段就要直接判断出那些质量不佳的电池或组件，而绝不允许存在质量瑕疵的问题电池并组装/安装到光伏电池阵列中去，否则含有质量问题的电池进入光伏电池阵列就导致整个阵列发电效率低下，更恶劣的是某一块或某几块问题电池的异常电压值或电流值可能导致整个电池串组都一并被损坏，造成较大的损失。

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。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。

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lan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lan的正负极之间还串联有稳压的母线电容cd。

参见图2，为了实现这些预定的目标，本申请后续涉及的集成有通信功能的功率优化系统，可以将光伏电池所有的工作参数都用电力载波反映到电力线上，它为光伏电站对电池执行故障报警、故障快速定位等提供了合适的解决方案，适用于不同规模的并网或离网型的光伏发电系统。尤其是在电池的工作阶段就能发现很多电池异常，来避免故障电池长期存在于光伏电池阵列之中，在工作阶段提高电池安全等级也是本申请的措施之一。载波发送模块csg和处理器200配合使用，处理器200利用图中未示意出的采集模块将光伏电池pv的电压、电流、功率、温度和发电量等一系列的指定工作参数进行采集，注意采集这些工作参数的采集模块属于现有技术，目标工作参数也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：环境温度、湿度、风速、光照和气压，电压采集模块和电流采集模块和功率采集模块及温度采集模块和发电量采集模块等各个参数的采集模块属于现有技术，任何可采集电池这些工作参数的方案均适用于本申请，本申请不再单独对现有的电流或电压及温度等的具体采集模块单独阐释。

参见图2，在可选的实施例中：第一级电压转换电路po1的第一输入端连到配对的光伏电池pv1的正极和第一级电压转换电路po1的第二输入端连到光伏电池pv1的负电极处，该电压转换电路po1在自己的第一输出端或第一节点n1和第二输出端或第二节点n2之间输出稳定电压，即第一级电压转换电路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进行功率优化提供输出电压。在本申请介绍的可选的实施例中，所谓的载波发送模块csg的支路直接连接在第一节点n1和第二节点n2之间。在没有示意出的实施例中，如果其他类型的载波发送模块采用带有耦合变压器的载波发送电路，则其他耦合变压器类型的载波发送模块则无需连接在第一节点和第二节点之间，反而只要将耦合变压器的次级绕组连到串联连接线lan与电压转换电路的第一输出端之间，或是连到串联连接线与电压转换电路的第二输出端之间即可，然后从耦合变压器的初级绕组输入载波脉冲，同样可以将载波信号从第一节点或第二节点处耦合或注入到母线上。上文的实施方式就是按照图2的方案直接将载波发送模块csg连接在所述第一节点n1和第二节点n2之间，从而直接将载波信号同时注入在第一节点处和第二节点处。以上是站在发送载波信号的角度来考虑，站在接收载波信号的角度来考虑则在那些连接到第一节点和/或第二节点的连接线lan上可以利用当前任意的属于已知技术的载波解码模块就能够实现对载波信号的解码/译码。与光伏电池配套的处理器200将光伏电池pv的数据（如电池的目标工作参数数据）通过各种任意类型的载波发送模块传输到连接线lan上后，其他的电子设备利用解码器decoder就可以在连接线lan上对载波解码。作为感测和解码载波信号的一方，解码器decoder通常是带有载波捕获传感器模块和带通滤波器模块及带有类似于mcu/dsp等的处理单元等，电力线穿过载波捕获传感器模块（如采用罗氏空心线圈传感器等）藉此由传感器模块来侦测传输线上的载波信号，为了精确的捕获真实的载波数据和屏蔽噪声，带通滤波器模块再对传感器模块感测到的载波信号进行进一步地滤波，滤除掉不在指定频率范围内的杂波，相反只有在指定频率范围内的那些载波信号carriersignal才可以表示预期的真实载波信号，处理单元接收真实载波信号和解码其载波数据。因此载波发送模块csg的作用在于向串联连接线上传播电力载波信号，这种载波信号可以按照当前指定的各种通信协议被转换成二进制码元进行数据信息的交互，解码设备只要侦测到连接线上的电力载波再执行解码，就能获悉载波发送模块csg所发送在电力线上的载波信号所携带的数据或指令的含义。注意在本申请中处理器200将目标工作数据广播/传送出来所采用的载波形式仅仅是范例，作为业界的可选方案还可以选择无线模块wifi或gps或-红外-蓝牙（blue-tooth）等无线通信形式也能实现相同的功能。采集电池数据的数据采集端集成有解码器decoder。

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，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…直至累加到第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才送到汇流箱或者逆变器等电力设备esy。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。

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电压转换电路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电压转换电路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级电压转换电路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对应的电压转换电路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。电压转换电路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。上文介绍的处理器200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200输出的开关控制信号或调制信号来控制，例如逻辑器件、复数的处理器、控制装置、状态机或控制器或芯片、软件驱动控制、门阵列和/或其他的等同控制器，其中以脉宽调制信号作为开关控制信号尤为典型。图2第一级电压转换电路po1、第二级电压转换电路po2直至所谓的第n级的电压转换电路pon等均通过串接线lan串联连接，传输串接线上由电压转换电路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设备esy进行汇流再逆变等。

参见图3，先以任选的两个光伏组件pv_m和pv_n为例来阐释实现最大功率点追踪演算的基本原理：相邻或不相邻的光伏组件pv_m和光伏组件pv_n分别向电压转换电路或电压转换器po_m和po_n提供电源，电压转换电路用于对该光伏电池执行最大功率追踪。光伏组件或光伏电池的转换效率主要受两方面的影响：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。

参见图3，光伏组件pv_m利用电压转换电路po_m产生期望的输出电压同时执行最大功率点追踪。电压转换电路po_m的第一输入端ni1连到光伏组件pv_m的正极及电压转换电路po_m的第二输入端ni2连接到光伏组件pv_m的负极。注意到电压转换电路po_m的第一输出端no1耦合到电压转换电路po_m唯一的第一节点nd1，电压转换电路po_m的第二输出端no2连到电压转换电路po_m的第二节点nd2，另外还有输出电容co被连接在第一节点nd1和第二节点nd2之间。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，从而最终电压转换电路po_m所输出的直流输出电压产生在电压转换电路po_m的第一输出端和第二输出端之间，输出电压加载第一节点nd1和第二节点nd2间的输出电容co的上。亦即相当于输出电容连接在图2的电压转换电路自身的第一节点n1和第二节点n2之间。电压转换电路po_m中的降压转换电路buck的功率开关s1和功率开关s2串联在第一输入端ni1和第二输入端ni2之间，电压转换电路po_m中的升压转换电路boost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。降压转换电路中的功率开关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，则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，第二输出端no2和第二输入端ni2可以直接耦合到一起并设定它们的电位为一个参考电位ref1。与第一输出端和第二输出端之间设置的输出电容co所对应的是，转换器的第一输入端ni1和第二输入端ni2之间设置的输入电容cin。电压转换电路po_m配置的载波发送模块csg可以连接在该电压转换电路po_m的输出侧的第一节点n1和第二节点n2之间。电压转换电路po_m配置的处理器200的直接驱动能力较弱，无法直接驱动mosfet或igbt等开关，可利用驱动能力更强的驱动器/缓冲器来增强开关控制信号的强度再来驱动功率开关s1-s4。

参见图3，光伏组件pv_n利用电压转换电路po_n产生期望的输出电压同时执行最大功率点追踪，电压转换电路po_n的第一输入端ni1连到光伏组件pv_n的正极及电压转换电路po_n的第二输入端ni2连接到光伏组件pv_n的负极。注意所述的电压转换电路po_n的第一输出端no1连接到电压转换电路po_n自身唯一对应的一个第一节点nd1，以及电压转换电路po_n的第二输出端no2连到电压转换电路po_n自身唯一对应的一个第二节点nd2，另外还有一个输出电容co被连接在第一节点nd1和第二节点nd2之间。电压转换电路po_n将光伏组件pv_n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，从而最终电压转换电路po_n所输出的直流输出电压产生在电压转换电路po_n的第一输出端no1和第二输出端no2之间，也即输出电压施加在电压转换电路po_n的输出电容co上。相当于输出电容co连在图2中的电压转换电路自身的第一节点n1和第二节点n2之间。电压转换电路po_n中的降压转换电路buck的功率开关s1和功率开关s2串联在第一输入端ni1和第二输入端ni2两者之间，电压转换电路po_n中的升压电路boost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。buck的功率开关s1和功率开关s2两者相连于第一互连节点nx1，boost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，buck-boost电路中前侧功率开关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，并且电压转换电路po_n中的第二输出端no2和第二输入端ni2可以直接耦合到一起并设定它们的电位为一个参考电位ref2。同样在电压转换电路po_n中通常与第一输出端no1和第二输出端no2之间设置的输出电容co所对应的是，设置于电压转换电路po_n中的第一输入端ni1和第二输入端ni2之间的输入电容cin，电压转换电路po_n配置的载波发送模块csg可连接在电压转换电路po_n的第一节点n1和第二节点n2之间。

参见图3，设电压转换电路po_m和电压转换电路po_n相邻且串联，在电压转换电路的串联关系中，例如：前一级电压转换电路po_m的第二节点nd2连到后一级电压转换电路po_n的第一节点nd1。多级电压转换电路po1、po2、…pon按这种规律串联连接，任意前一级电压转换电路po_m的第二节点nd2通过传输线lan耦合到相邻后一级电压转换电路po_n的第一节点nd1，或任意前一级电压转换电路po_m的输出电容co由传输线lan和相邻后一级电压转换电路po_n的输出电容co串联。依此类推，最终在多级电压转换电路po1…pon等串联连接时它们各自的输出电容co相互串联连接：也即电压转换电路po1的输出电容co和po2的输出电容co和po3的输出电容co…和pon的输出电容co等通过传输线lan串联连接，则串联连接的一系列的转换电路po1-pon等提供的总的串级电压等于电压转换电路po1-pon它们各自的输出电容co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节点和末尾的最后的一级的电压转换电路的第二节点之间可以提供整个串联的多个转换器的总的串级电压。换句话说：连接线lan将电压转换电路bs1-bsn串联起来，连接线lan除了提供直流电压的叠加路径还提供载波信号的传播路径。

参见图3，以电压转换电路po_m作为范例来说明，它配置的载波发送模块包括串接在电压转换电路po_m的第一节点nd1和第二节点nd2间的含有第一电阻r1、旁路电容cbc及开关元件sw2的一个支路，该支路中还设有并联在旁路电容cbc两端的第二电阻r2。至于载波发送模块csg发送载波的机制，以电压转换电路po_m作为范例来解释如下：电压转换电路po_m配置的处理器200发出的驱动信号dri驱动载波支路中的开关元件sw2在接通和关断间快速切换，开关元件sw2被接通时该支路就有电流的流通而开关元件sw2被关断时该支路就切断没有电流的流通，因此所谓的载波支路在第一节点nd1和第二节点nd2间因为驱动信号dri驱动开关元件sw2的快速关断和接通而主动引入了扰动的信号，扰动信号的频率完全是由驱动信号dri决定，扰动信号从第一节点nd1和/或第二节点nd2被直接注入到该串接线lan上。将载波支路断开电流被截断和载波支路接通产生电流的这种变化导致支路（载波发送模块csg）产生的扰动信号视为电力载波信号。以上主要是基于站在发送载波信号的角度来考虑，如果站在接收载波信号的角度来考虑，在图2中所示的那些连接线/串接线lan上可以利用当前任意的属于已知技术的载波解码模块就能够实现对载波信号的解码/译码。

参见图3，为了阐释本申请涉及的实现电流检测的方案的发明精神，以图示的实现功率变换的电压转换器为例，电压转换器如果是buck电路也即开关s1和开关s2构成降压单臂。在buck电路中，图示的开关s3-s4可以直接从电路拓扑中摒弃，则buck电路的主电感元件l可以直接连接在互连节点nx1与第一输出端no1之间。或者如果电压转换器工作在buck状态可以直接持续接通开关s4而持续关断开关s3，仅仅驱动前侧的功率开关s1和功率开关s2高频切换，功率转换buck电路可独立运作。

参见图3，为了阐释本申请涉及的实现电流检测的方案的发明精神，以图示的实现功率变换的电压转换器为例，电压转换器如果是boost电路即开关s3和开关s4构成升压单臂。在boost电路中，开关s1-s2可以直接从电路拓扑中摒弃，则boost电路中的主电感元件l可以直接连在互连节点nx2与第一输入端ni1之间。或者如果电压转换器工作在boost状态可以直接持续接通开关s1而持续关断开关s2，仅仅驱动后侧的功率开关s3和功率开关s4高频切换，功率转换的boost电路可独立运作。

参见图3，实现功率变换的另一种可选的电压转换器为例：功率开关s1和s2串联在第一输入端ni1和第二输入端ni2之间，采用功率管的开关s3和开关s4串联在第一输出端no1和第二输出端no2之间，注意其中的功率开关s1和开关s2两者相连于互连节点nx1以及功率开关s3和开关s4两者相连于互连节点nx2，额外还在第一个互连节点nx1和第二个互连节点nx2之间连接主电感元件l。藉此作为前级的buck降压的单臂s1-s2和作为后级boost的升压单臂s3-s4组成buck-boost电路，同时具备了降压和升压的功率转换能力，该buck-boost电路是h桥式的。

参见图4，电压转换电路po_m和电压转换电路po_n各自的载波模块发送的载波信号除了会按照预期在传输的串接线lan上广播之外，载波还会向电池的方向即从耦合到第一节点nd1的第一输出端no1或从耦合到第二节点nd2的第二输出端no2处反向传播到电压转换电路甚至传播到电池的正负极。为了避免载波的这种负面影响可以选择在第二节点nd2和第二输出端no2之间连接第一电感la，或在第一节点nd1和第一输出端no1之间连接第一电感la，第一电感la可以部分整流载波防止倒灌，但是这种效果非常有限，下文会以其他的载波产生模式来替代载波发送模块csg。

参见图5，在可选的实施例中，用作开关模式电源的电压转换电路/优化器的电压输出路径上布置有辅助电感，电压路径包括耦合到第一输出端或第二输出端的路径。例如选择在第二节点nd2和第二输出端no2之间连接第一电感la，或作为可替换的选项而选择在第一节点nd1和第一输出端no1之间连接第一电感la。在第一电感la的两端并联第一开关sa和第一电容ca：相互串联连接在一起的第一开关sa和第一电容ca并联连接在第一电感la的两端，第一开关sa和第一电容ca位置可以对调。第一开关的接通或关断是由处理器200发送的驱动信号来控制的。以电压转换电路po_m为例来解释它是如何配合第一开关sa和第一电容ca和第一电感la三者来产生载波的。电压转换电路po_m未发射载波信号的非通信阶段驱动第一开关sa持续关断，电压转换电路本身直接就体现为功率优化器，不会产生任何载波。然而在电压转换电路po_m发射载波信号的通信阶段必须驱动第一开关sa在接通on和关断off间高频切换：第一开关不允许持续接通或持续关断，第一开关sa被切换至接通状态，则此阶段第一开关sa和第一电容ca构成并联谐振电路，主电感元件l上的高频开关纹波的频率范围落入谐振电路的谐振频率点的范围内而被滤除，从电压转换电路po_m产生的输出电压vm中滤除开关控制信号（如pwm）在驱动电压转换电路po_m过程中混频至电压转换电路的输出电压中的高频开关纹波，输送电压转换电路po_m的输出电压的直流传输线lan上因视为电压转换电路po_m的载波信号的高频开关纹波被滤除，高频开关纹波不复存在也即载波信号被滤除，此种情况定义为载波信号的第一逻辑态，解码器在直流传输线上感测到的载波信号为低电平例如表征了发送一个码元[0]。驱动第一开关sa在接通和关断间高频切换：当第一开关sa被切换到关断状态，则此阶段第一开关sa和第一电容ca构成并联谐振电路失效，电压转换电路po_m产生的输出电压vm中毫无疑虑叠加有开关控制信号在驱动电压转换电路po_m过程中混频至输出电压中的高频开关纹波，输送输出电压的直流传输线lan上藉此会混合视为载波信号的高频开关纹波，高频开关纹波重新混频到直流电压中也即载波信号不被滤波，此种情况定义为载波信号的第二逻辑态，解码器在直流传输线lan上感测到的载波信号为高电平例如表征了发送一个码元[1]。在可替代的实施例中，图5的buck-boost可替换成buck或boost拓扑。在可选的实施例中，电压转换电路po_m的载波信号不应该受到串联的电压转换电路po1-pon中余下的其他电压转换电路的影响，因此电压转换电路po_m发送载波的通信阶段其他的电压转换电路的第一开关sa应该关断，例如图5中电压转换电路po_m发送载波的通信阶段使得电压转换电路po_n中配置的第一开关sa被关断。

参见图6，在可选的实施例中，电压转换电路po_m配置的处理器200向传输线路上发送数据的方式为：控制/驱动电压转换电路po_m配置的第一开关sa在一个预设的时间段tpre内被高频关断或接通，这意味着发送码元[0]或[1]。具体的方案例如是在时间段tpre范围（发送数据的通信时段）的每个字节周期内要求第一开关高频切换到接通或关断。例如，要求在时间段tpre的第一个数据发送周期t1内第一开关sa至少是被接通一次，发生电压转换电路po_m的开关纹波被滤除的情形，开关纹波曲线在接通时段有被滤除的片段der1，该事件表示的字节记作[0]。要求在时间段tpre的第二个数据发送周期t2内第一开关sa切换到关断，开关纹波曲线没有被滤除的片段，该事件表示的字节记作[1]。要求在时间段tpre的第三个数据发送周期t3内第一开关sa出现了一次或多次被接通的情形，譬如，开关纹波曲线在第一开关sa两次被接通的时段分别有被滤除的片段der2和der3，该事件表示的字节记作[0]。在周期t1-t3作为范例的实施例中发送了连续的三个字节[010]或[101]。按照这种基本的载波发送和侦测原理依此类推，在时间段tpre内还可以有更多这样的数据发送周期，本申请不再赘述，每个周期可以实现对一个二进制码元1或0的传输。在三个连续的周期或更多周期内如果传输线路上出现纹波信号则认为写入1或0，相反的是，如果传输线路上没有纹波信号则认为写入0或1。高频开关纹波的电压波动具有一定跳变范围，如在图6中显示它的正向幅值不高于上限值vhi而其负向幅值则不低于下限值vlo，从传输线路lan上很容易从稳定的平稳输出电压vm或总的串级电压中捕获高频开关纹波。在一个优先但非必须的实施例中作为通信时间段tpre，第一个周期t1输送首个起始字节时最好是至少去接通一次所述的第一开关sa藉此用滤除载波的事件表征，因为在电压转换电路po_m未发射载波信号的非通信阶段驱动第一开关sa持续关断，如何区分所述的非通信阶段和所述的通信阶段是需要考虑的问题之一：如果通信时间段tpre的起始字节用出现滤除载波的事件来表征则可以表示执行数据传输的载波通信已经开始，电压转换器已经开始从所述的非通信阶段转向进入所述通信阶段。作为可选项，在定义通信协议时第一个起始字节还可以只是认为是起始位，从起始位之后的数据才是真实的数据。开关控制信号如pwm在驱动电压转换电路的功率开关s1-s4的过程中具有的开关操作频率，最好是高于在所述的通信阶段驱动第一开关sa在接通和关断间高频切换的开关切换频率。

参见图7，在可选的实施例中，考虑到电压转换电路po_m中体现在电感l上的高频开关纹波十分微弱，尤其是在电压转换电路po_m的输出电压比较高，或者整个电池串组的总的串级电压比较大的情况下是难以从传输线lan上感测到开关纹波的。为了克服这个问题在图7的实施例中，额外的选择在电压转换电路po_m的第一节点nd1和第二节点nd2间串联连接有第二开关spm和第二电容cp，在所述的非通信阶段这里所言的第二开关spm可以被处理器200驱动至接通或关断都是允许的。然而在通信阶段更具体的说是载波信号具有第二逻辑态的阶段，即电压转换电路po_m的第一开关sam高频切换到关断的状态时必须将第二开关spm接通，第一开关sam和第二开关spm相当于是此时刻的互补开关，在第一开关sam被关断时第二开关spm被接通以让高频开关纹波的频率范围进入转换器的电容cp和电感la的谐振频率点，提高该高频开关纹波的波动幅度所以更容易感测，之前在图6中显示开关纹波的正向幅值不高于上限值vhi而其负向幅值则不低于下限值vlo。参见图8，由于引入了电容cp，高频开关纹波增加振幅后从传输线路上更容易从平稳输出电压vm或总的串级电压中捕获高频开关纹波，高频开关纹波的正向幅值超过上限值vhi而其负向幅值则低于下限值vlo。在一个可选的实施例中，电压转换电路po_m的载波不应该受到串联的电压转换电路po1-pon中余下的其他电压转换电路的影响，因此电压转换电路po_m发送载波的通信阶段其他的电压转换电路的第一开关应该关断，例如图7中电压转换电路po_m发送载波的通信阶段使得电压转换电路po_n中的第一开关san被关断，第一开关san和第一电容can断开了连接关系，此时电压转换电路po_n的第一节点nd1和第二节点nd2之间的串联连接的第二开关spn和第二电容cp中的开关spn允许接通或关断。但是发载波信号的该电压转换电路po_m中的第一开关sam和第一电容cam高频连接及断开。

参见图9，是另一中实现载波发射的实施例，拓扑结构和图1-图7类似，唯独需要再额外引入一个参考电压源vri。以电压转换电路po_m为例：其第一电感la连在电压转换电路po_m的第二输出端no2与第二节点nd2之间，其第一电容ca的第一端如正极耦合到参考电压源vri，第一电容ca的第二端如负极则耦合到转换电路po_m的所述第二节点nd2，其第一开关sa连接在第一电容ca的第一端和转换电路po_m的第二输出端no2之间。电压转换电路po_m的第一电容ca的第一端所耦合的所述的参考电压源vri可以是一个独立的稳定电源，或是电压转换电路po_m配对的光伏组件pv的正极提供的电压也即电压转换电路po_m的输入电压，或是电压转换电路po_m自身的输出电压也即其第一输出端no1处的电位。

参见图9，是另一中实现载波发射的实施例，拓扑结构和图1-图7类似，同样需要再额外引入一个参考电压源vri。以电压转换电路po_n为例：其第一电感la连在电压转换电路po_n的第二输出端no2与第二节点nd2之间，其第一电容ca的第一端如正极耦合到参考电压源vri，第一电容ca的第二端如负极则耦合到转换电路po_n的所述第二节点nd2，其第一开关sa连接在第一电容ca的第一端和转换电路po_n的第二输出端no2之间。电压转换电路po_n的第一电容ca的第一端所耦合的所述的参考电压源vri可以是一个独立的稳定电源，或是电压转换电路po_n配对的光伏组件pv的正极提供的电压也即电压转换电路po_n的输入电压，或是电压转换电路po_n自身的输出电压也即其第一输出端no1处的电位。

参见图9，在一个可选但非必须的实施例中，第一开关sa的接通或关断是由电压转换电路配对的处理器200发送的驱动信号来控制的。以电压转换电路po_m为例来解释它是如何配合第一开关sa和第一电容ca和第一电感la三者来产生载波的。电压转换电路po_m未发射载波信号的非通信阶段驱动第一开关sa持续关断，电压转换电路本身直接就体现为功率优化器，不会产生任何载波。然而在电压转换电路po_m发射载波信号的通信阶段必须驱动第一开关sa在接通on和关断off间高频切换：第一开关不允许持续接通或持续关断，第一开关sa被切换至接通状态，则此阶段第一开关sa和该第一电容ca构成相对闭合回路，被充电的第一电容ca两端的电位差直接瞬态被叠加到输送输出电压vm的直流传输线lan上，该电位差每次瞬态加载到直流传输线上会诱使传输线上突现一个窄的脉冲，导致：直流传输线lan上因混合有该电位差瞬态加载到直流传输线上所诱发的视为载波信号的脉冲的情况，定义为载波信号具有第二逻辑态，解码器在直流传输线上感测到的载波信号为高电平例如表征了发送一个码元[1]。仍然在通信阶段驱动第一开关sa在接通和关断间高频切换：第一开关sa被切换到关断状态，则此阶段第一开关sa和第一电容ca构成闭合回路断开，被充电的第一电容ca两端的电位差没有被瞬态叠加到输送所述输出电压vm的直流传输线lan上，直流传输线上因为缺乏该电位差瞬态加载到直流传输线lan上而诱发的视为载波信号的脉冲的情况，定义为载波信号具有第一逻辑态，解码器在直流传输线上lan感测到的载波信号为低电平例如表征了发送一个码元[0]。图9的buck-boost可替换成buck或boost拓扑作为可替代的实施例。在可选的实施例中，电压转换电路po_m的载波信号不应该受到串联的电压转换电路po1-pon中余下的其他电压转换电路的影响，电压转换电路po_m发送载波的通信阶段其他的电压转换电路的第一开关sa应关断，如电压转换电路po_m发送载波的通信阶段使得电压转换电路po_n中配置的第一开关sa被关断。从传输线路上很容易从稳定的平稳输出电压vm或总的串级电压中捕获所述窄的脉冲。

参见图10，是另一中实现载波发射的实施例，拓扑结构和图1-图7类似，唯独需要再额外引入一个参考电压源vri。以电压转换电路po_m为例：其第一电感la连在电压转换电路po_m的第二输出端no2与第二节点nd2之间，其第一电容ca的第一端如正极耦合到参考电压源vri，第一电容ca的第二端如负极则耦合到转换电路po_m的所述第二节点nd2，其第一开关sa连接在第一电容ca的第一端和转换电路po_m的第二输出端no2之间。电压转换电路po_m的第一电容ca的第一端所耦合的所述的参考电压源vri可以是一个独立的稳定电源，或是电压转换电路po_m配对的光伏组件pv的正极提供的电压也即电压转换电路po_m的第一输入端ni1处的输入电压，或是电压转换电路po_m自身的输出电压也即其第一输出端no1处的电位。与图9的方案有所不同的是在本实施例中：第一电容ca的第一端还需要通过一个辅助开关sc再间接耦合到所述的参考电压源vri处，也即这个额外的辅助开关sc连接在参考电压源vri和所述的第一电容ca的第一端之间。在这个可选的实施例中，辅助开关sc防止第一电容ca的第一端持续加载电荷而不停的充电，例如第一电容ca在第一开关sa处于接通状态下放电产生所谓的窄的脉冲之后，需要再补充电荷，由辅助开关sc切换到接通状态而通过电源vri给所述第一电容ca充电，并在充电结束后辅助开关sc切换到关断状态。电压转换电路po_m配置的处理器200可用于驱动辅助开关sc。在较为特殊的实施例中当电压转换电路po_m进入通信阶段，第一开关sa在接通和关断间高速切换时，该辅助开关sc和第一开关sa是互补开关，第一开关sa接通产生脉冲时辅助开关sc需要被关断，产生窄的脉冲过后第一开关sa关断时再由辅助开关sc接通给电容充电。

参见图10，是另一中实现载波发射的实施例，拓扑结构和图1-图7类似，同样需要再额外引入一个参考电压源vri。以电压转换电路po_n为例：其第一电感la连在电压转换电路po_n的第一输出端no1与第一节点nd1之间，其第一电容ca的第一端如正极耦合到参考电压源vri，第一电容ca的第二端如负极则耦合到转换电路po_n的第一输出端no1，其第一开关sa连接在第一电容ca的第一端和转换电路po_n的所述第一节点nd1之间。电压转换电路po_n的第一电容ca的第一端所耦合的所述的参考电压源vri可以是一个独立的稳定电源，或是电压转换电路po_n配对的光伏组件pv的正极提供的电压也即电压转换电路po_n的第一输入端ni1处的输入电压。在本实施例的方案中：第一电容ca的第一端还需要通过一个辅助开关sc再间接耦合到所述的参考电压源vri处，即这个额外的辅助开关sc连接在参考电压源vri和第一电容ca的第一端之间。在这个可选的实施例中，辅助开关sc防止第一电容ca的第一端持续加载电荷而不停的充电，第一电容ca在第一开关sa处于接通状态下放电产生所谓的窄的脉冲之后，需要再补充电荷，由辅助开关sc切换到接通状态并通过参考电压源vri给所述的第一电容ca充电，并在电容的充电结束后辅助开关sc切换到关断状态。电压转换电路po_n配置的处理器200可用于驱动辅助开关sc。在特殊的实施例中当电压转换电路po_n进入通信阶段，第一开关sa在接通和关断间高频切换时，辅助开关sc和所述的第一开关sa是互补开关，第一开关sa接通产生脉冲时辅助开关sc需要被关断以及在产生窄的脉冲过后第一开关sa关断时再由辅助开关sc接通给电容充电。

参见图11，如果没有加入载波也即窄的脉冲，之前电压转换电路po_m在正常情况下的输出电压vm显示的正向幅值不高于输出电压的最大值vmh而其负向幅值则不低于输出电压的最小值vml。参见图11，由于引入了电容cp放电导致的窄的脉冲，窄的脉冲从传输线路上更容易从平稳输出电压vm中识别和捕获，或说很容易从用于提供总的串级电压的传输线上中捕获窄的脉冲，电压转换电路po_m的输出电压vm叠加上窄的脉冲导致传输线上的正向幅值超过最大值vmh，图中由于第一电容ca上充电而能够提供的电容的电压差为vca，可以观察到输出电压vm叠加上电容的电压差vca之后，明显导致叠加后值的正向幅值会大幅度的超过最大值vmh。电压转换电路po_m的载波不应该受到串联的电压转换电路po1-pon中余下的其他电压转换电路的影响，因此当所述电压转换电路po_m发送窄的脉冲表示的载波的通信阶段，其他的电压转换电路的第一开关应该关断，在可选的实施例中，例如图10中电压转换电路po_m发送载波的通信阶段使得电压转换电路po_n中的第一开关sa被关断。

参见图11，在可选的实施例中，电压转换电路po_m配置的处理器200向传输线路上发送数据的方式为：控制/驱动电压转换电路po_m配置的第一开关sa在一个预设的时间段tpre内被高频关断或接通，这意味着发送码元[0]或[1]。具体的方案例如是在时间段tpre范围（发送数据的通信时段）的每个字节周期内要求第一开关高频切换到接通或关断。例如，要求在时间段tpre的第一个数据发送周期t1内第一开关sa至少是被接通一次，则电压转换电路po_m的输出路径上注入窄的脉冲，转换电路po_m的输出电压vm的曲线在第一开关sa接通时段有叠加了所述窄的脉冲的片段der1，该事件表示的字节记作[1]。要求在时间段tpre的第二个数据发送周期t2内第一开关sa切换到关断，输出电压vm的曲线没有任何脉冲的片段，该事件表示的字节记作[0]。除此之外还要求在时间段tpre的第三个数据发送周期t3内第一开关sa出现了一次或多次被接通的情形，譬如，输出电压vm的曲线在第一开关sa两次被接通的时段分别有所述窄的脉冲的片段der2和der3，该事件表示的字节记作[1]。在周期t1-t3作为范例的实施例中发送了连续的三个字节[101]或[010]。按照这种基本的载波发送和载波感测的原理依此类推，在时间段tpre内可以有更多的数据发送周期，本申请不再赘述，每个周期可以实现对一个二进制码元1或0的传输。在三个连续的周期或更多周期内如果传输线路上出现窄的脉冲也即载波则认为写入1或0，相反的是，如果传输线路上没有窄的脉冲也即载波则认为写入0或1。输出电压vm的电压浮动原本具有一定波动范围，如在图中显示它的正向幅值不高于最大值vmh而其负向幅值则不低于最小值vml，当脉冲导致波动范围不再在范围内时，从传输线路上很容易从稳定的平稳输出电压vm或总的串级电压中捕获窄的脉冲。在可选的实施例中在通信时间段tpre，第一个周期t1输送首个起始字节时最好是至少去接通一次该第一开关sa藉此用窄的脉冲的事件表征，因为在电压转换电路po_m未发射载波信号的非通信阶段驱动第一开关sa持续关断，如何区分所述的非通信阶段和所述的通信阶段是需要考虑的问题之一：如果通信时间段tpre的起始字节用出现窄的脉冲的事件来表征则可以表示执行数据传输的载波通信已经开始，电压转换电路po_m已经开始从所述的非通信阶段转向进入所述通信阶段。作为可选项在定义通信协议时第一个起始字节还可以只是认为是起始位，仅仅标志着启动通信，从起始位之后的数据才是真实的数据。开关控制信号如pwm在驱动电压转换电路的功率开关s1-s4的过程中具有的开关操作频率。在可选的实施例中，最好是高于在所述的通信阶段驱动第一开关sa在接通和关断间高频切换的开关切换频率。

参见图10，在可选的实施例中，在电压转换电路po_m未发射载波信号的非通信阶段驱动第一开关sa持续关断，在电压转换电路po_m发射载波信号的通信阶段高频的驱动第一开关在接通和关断间切换。电压转换电路po_m发射载波信号的通信阶段产生和识别载波的模式包括：驱动第一开关sa切换到接通，从电压转换电路po_m的输出电压vm中滤除开关控制信号在驱动电压转换电路po_m过程中混频至输出电压vm中的高频开关纹波，同时，被充电的第一电容ca两端的电位差直接被瞬态叠加到输送所述输出电压vm的直流传输线上，直流传输线上因混合有该电位差瞬态加载到直流传输线上所诱发的视为载波信号的脉冲的情况，那么：在满足输送所述输出电压vm的所述直流传输线lan上因视为载波信号中的高频开关纹波分量被滤除的第一条件、和满足直流传输线上混合有该电位差瞬态加载到直流传输线上所诱发的视为载波信号的脉冲分量的第二条件的情况下，定义为载波信号的第一逻辑态。与之相对，在电压转换电路发射载波信号的通信阶段驱动第一开关在接通和关断高频切换，电压转换电路po_m发射载波信号的通信阶段产生和识别载波信号的模式包括：驱动第一开关sa切换到关断，则所述电压转换电路po_m的输出电压vm中叠加有开关控制信号在驱动电压转换电路po_m过程中混频至输出电压vm中的高频开关纹波，导致输送输出电压vm的直流传输线上混合有视为载波信号的高频开关纹波分量，同时，被充电的第一电容ca两端的电位差没有被瞬态叠加到输送所述输出电压vm的直流传输线上，直流传输线lan上因为缺乏该电位差瞬态加载到直流传输线上而诱发的视为载波信号的脉冲分量，那么：在满足输送所述输出电压的直流传输线上混合有视为载波信号的高频开关纹波分量的第三条件、和满足直流传输线上因为缺乏该电位差瞬态加载到直流传输线上而诱发的视为载波信号的脉冲分量的第四条件的情况下，定义为载波信号的第二逻辑态。第一逻辑态和第二逻辑态中的一者用于表征二进制码元中的1或0而另一者用于表征二进制码元中余下的另一个，譬如第一逻辑态表征载波信号为高电平的[1]而第二逻辑态表征载波信号为低电平的[0]，或第一逻辑态表征载波信号为低电平的[0]而第二逻辑态表征载波信号为高电平的[1]，总之它们的逻辑状态所表征的二进制码元是相反的。也即图9和图5方案结合使用或图9和图7方案结合使用，或者，图10和图5方案结合使用或图10和图7方案结合使用。

参见图9，在改进的实施例中，以电压转换电路po_m为例：其第一电感la连在电压转换电路po_m的第二输出端no2与第二节点nd2间，其第一电容ca的第一端连到参考电压源vri，第一电容ca的第二端连到转换电路po_m的第二节点nd2及其第一开关sa连在第一电容ca的第一端和转换电路po_m的第二输出端no2之间。电压转换电路po_m的第一电容ca的第一端可以直接耦合到参考电压源vri或者还可以利用图示的上拉电阻rp耦合到参考电压源vri。而图10的电压转换电路po_m的实施例中则可以改进成辅助开关sc和上拉电阻rp它们两者串联在电压转换电路po_m中的第一电容ca的第一端与参考电压源vri之间。应该认识到：图9和图10中的电压转换电路po_m中可额外添加的上拉电阻rp是可选项而可以被省略。

参见图9，在改进的实施例中，以电压转换电路po_n为例：其第一电感la连在电压转换电路po_n的第二输出端no2与第二节点nd2之间，其第一电容ca的第一端如正极耦合到参考电压源vri，第一电容ca的第二端则耦合到转换电路po_n的所述第二节点nd2，其第一开关sa连接在第一电容ca的第一端和转换电路po_n的第二输出端no2之间。我们可以观察到图9中电压转换电路po_n的第一电容ca的第一端直接耦合到所述参考电压源vri，而图9中电压转换电路po_m的第一电容ca的第一端却可以利用上拉电阻rp耦合到参考电压源vri。而作为改进的实施例：图9中电压转换电路po_n的第一电容ca的第一端也可以利用图中没有描述出来的上拉电阻而间接的耦合到参考电压源vri，也即在电压转换电路po_n的第一电容ca的第一端与该参考电压源vri之间也连接一个上拉电阻。作为改进：图10的电压转换电路po_n的实施例中则可以改进成辅助开关sc和上拉电阻它们两者串联在电压转换电路po_n中的该第一电容ca的第一端与参考电压源vri之间。应该认识到：图9和图10中各自的电压转换电路po_n中可额外添加的上拉电阻是可选项而可以被省略。

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。