在串联型的光伏发电系统中定位故障的方法与流程

本发明主要涉及到光伏发电领域，确切的说，是在涉及到含有串联型功率优化器或其他类似电力设备的光伏发电系统中提出了一种定位故障的方法。

背景技术：

发电和变电的直流系统是控制和信号系统、继电保护和自动装置的工作电源，同时还兼有事故保安电源的作用。以光伏发电为例，整个直流系统含多分支网络，随着业主对供电质量和供电可靠性要求的提高，直流系统的安全可靠运行对电力系统供电的可靠性和稳定性愈显重要。直流系统譬如主要是包括充电设备、蓄电池组、稳压装置、逆变装置以及直流网络组成。光伏电站的光伏组件阵列的数量及其分散型的地域分布极为庞大，集中式的电站尤为明显，提高直流网络可靠性的重要手段就是对整个网络的绝缘进行在线监测与接地选线，以便能够及时发现直流系统的绝缘缺陷，光伏组件构成的电池串组就是业主需要重点监控的对象，从而防止直流系统的绝缘故障的发生。目前直流系统的绝缘监测与接地选线大致主要有以下几种可选方法：采用电桥平衡原理或注入低频信号方法等。直流系统的绝缘状态直接关系到直流系统运行的可靠性，因此在线准确地监测系统的绝缘电阻值是非常重要的，光伏电站大部分位于野外，定位电力设备的绝缘故障更显重要。电力行业的直流电系统涉及的直流电很多相对大地都是浮置运行，或是中性点接地运行的。直流系统想要可靠运行，必须实时的在线监测系统母线及支路的正负极对地的绝缘情况，如何在对地绝缘电阻过低可能导致严重故障时，给出绝缘故障点是我们期望的。

光伏电站中的光伏组件的母线或支路的可靠性和安全性的另一个体现是：要努力的避免系统中的电弧。当前在电弧发生时如何处理电弧仍然没有满意的解决方案。当某些电力设备或线缆等的两个电极之间生成足够高的电压时，可能引发电弧。电压可能会引起电极间的气体通常为空气的离子化，等离子体逐步形成，且电流可以在电极之间流动。这样的等离子体可能会加热升高到几千摄氏度，使得代表性的明亮电弧出现。这样的高温温度可能引起系统损坏，在极端情况下甚至使系统或附近装置着火。总的来说系统中存在两种不同类型的电弧：并行电弧和串行电弧。并行电弧在发生在系统的正极和负极之间或者发生在两个电极当中的一个和大地之间发生。相对地，串行电弧并不在两个不同的线路或支路之间发生，而是在同一个电流导通的线路内发生，即在同一个线路的两个部分或两个局部片段之间发生的。串行电弧通常在某个线路中的电流被中断时发生的，譬如通过打开接触开关或在插头及电缆等被破坏的情况下发生。根据工程经验：连接设备问题，如压接力达不到要求、连接头损坏；端子、接线头、保险丝等连接处没有压紧；两个端子的连接位置处经过长时间的氧化，螺栓没有拧紧；连接线或电缆绝缘降低；施工质量不过关，压接线不好或端子固定不够牢固；设备绝缘出现问题等；前述问题都可能引起电弧。根据统计绝大部分电站火灾是由直流电弧引起的，因此给出电弧故障点是我们期望的。

技术实现要素：

在本申请的一个可选但非必须的实施例中，披露了一种在串联型的光伏发电系统中定位故障的方法：多个第一设备以级联的方式串联连接并形成一个链路，每一个第一设备用于将它的输入端从一个光伏组件接收的电能传递到它的用于提供输出功率的输出端；所述的方法包括：检测每一个第一设备的输出端电位；比较每一个第一设备的输出端电位相对其前级的第一设备的输出端电位；当侦测出任意一个第一设备的输出端电位低于其前级的第一设备的输出端电位时，藉此判断出故障事件的位置发生在该任意一个第一设备处。

上述的方法，其中：所述第一设备是一个旁路装置：用于将与其对应的一个光伏组件旁路掉而禁止向链路中提供电能，或者用于将与其对应的一个光伏组件从旁路状态切换到接入状态转而向链路中提供电能。

上述的方法，其中：所述第一设备是一个功率优化器：用于将与其对应的一个光伏组件的输出功率设置在最大功率点处。

上述的方法，其中：所述故障事件至少包括故障电弧、对地绝缘故障、接触不良故障当中之一。接触不良故障譬如是前级的第一设备的第二输出端和后级的第一输出端之间的接触不良所产生的故障。

上述的方法，其中：规定多个第一设备串联时首个第一个第一设备的输出端电位最低以及末尾的最后一个第一设备的输出端电位最高。

上述的方法，其中：所述故障事件是在串联连接起多个第一设备的直流母线上整体性检测的而无需单独在每一个第一设备的输出端进行检测。

上述的方法，其中：直流母线的绝缘状态用它的对地绝缘漏电阻值表示；对地绝缘漏电阻值等于直流母线的对地电压除以对地漏电流。

上述的方法，其中：每一个第一设备包括用于提供输出功率的第一和第二输出端；由多个第一设备串联连接时，任意前一个第一设备的第二输出端耦合到相邻后一个第一设备的第一输出端；其中作为首个的第一个第一设备的第一输出端的电势最低；以及作为末尾的最后一个的第一设备的第二输出端电势最高；从而多个第一设备提供的总的串级电压等于它当中首个第一个第一设备的第一输出端和末尾最后一个的第一设备的第二输出端之间的电压的叠加值。

上述的方法，其中：检测每一个第一设备用于输出功率的输出端电位的方式包括：同时检测每一个第一设备的第一和第二输出端各自的电位。

上述的方法，其中：检测任意一个第一设备的所述故障事件包括：检测其第一输出端与前级第一设备的第二输出端电位是否持续相等，和/或检测其第二输出端的电位是否持续高于前级第一设备的第二输出端电位。

上述的方法，其中：检测任意一个第一设备的所述故障事件包括：检测其第一输出端的电位是否低于第二输出端的电位。

在本申请的一个可选但非必须的实施例中，披露了一种在串联型功率优化器系统中定位故障的方法，该方法包括以下部分：由多级功率优化器串联并向逆变器提供电能以进行直流电到交流电的逆变；每一级功率优化器均用于对与其相配的一个光伏组件执行最大功率点追踪；所述的方法包括：检测每一级功率优化器用于输出功率的输出端的电位；比较每一级功率优化器的输出端电位相对其前级的功率优化器的输出端电位；当任意一级功率优化器的输出端电位低于其前级的功率优化器的输出端电位；藉此判断出故障事件的位置发生在该任意一级功率优化器处。

上述的方法，其中：所述故障事件至少包括故障电弧事件和/或对地绝缘故障事件。

上述的方法，其中：规定多级功率优化器串联时首个第一级功率优化器的输出端电位最低以及末尾的最后一级功率优化器的输出端电位最高。

上述的方法，其中：故障电弧事件是在串联连接起多级功率优化器的直流母线上整体性检测的而无需单独在每一级功率优化器的输出端进行检测。

上述的方法，其中：对地绝缘故障事件在串联连接起多级功率优化器的直流母线上整体性检测的而无需单独在每一级功率优化器的输出端进行检测。

上述的方法，其中：直流母线的绝缘状态用它的对地绝缘漏电阻值表示；对地绝缘漏电阻值等于直流母线的对地电压除以对地漏电流。

上述的方法，其中：每一级功率优化器包括用于输出功率的第一和第二输出端；由多级功率优化器串联连接时，任意前一级功率优化器的第二输出端耦合到相邻后一级功率优化器的第一输出端；其中首个第一级功率优化器的第一输出端的电势最低；以及末尾最后一级的功率优化器的第二输出端电势最高；从而多级功率优化器提供的总的串级电压等于它当中首个第一级功率优化器的第一输出端和末尾最后一级的功率优化器的第二输出端之间的电压的叠加值。

上述的方法，其中：检测每一级功率优化器用于输出功率的输出端电位的方式：同时检测每一级功率优化器的第一和第二输出端各自的电位。

上述的方法，其中：检测任意一级功率优化器的故障电弧事件包括检测其第一输出端与前级功率优化器的第二输出端电位是否持续相等，和/或检测其第二输出端是否持续高于前级功率优化器的第二输出端电位。

上述的方法，其中：检测任意一级功率优化器的对地绝缘故障事件包括检测其第一输出端与前级功率优化器的第二输出端电位是否持续相同，和/或检测其第二输出端是否持续高于前级功率优化器的第二输出端电位。或者：检测任意一级功率优化器的故障电弧事件包括检测其第一输出端的电位是否低于第二输出端的电位。或者：检测任意一级功率优化器的对地绝缘故障事件包括检测其第一输出端的电位是否低于第二输出端的电位。

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是由多级光伏电池串联向逆变器供电的范例示意图。

图2是在光伏电池一侧进行故障电弧检测的范例示意图。

图3是直流以及逆变系统与大地间的漏电流模型示意图。

图4是在光伏电池一侧进行漏电流的检测的范例示意图。

图5是单一性的仅仅只在直流母线侧检测电弧的示意图。

图6是单一性的仅仅只在直流母线侧检测绝缘的示意图。

图7是利用升降压的电压转换器作为功率优化器的范例。

图8是可旁路掉该光伏组件的旁路装置替代功率优化器。

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。

在光伏发电的完整系统中，核心部件通常由电池板整列和功率逆变部分组成，逆变器和市电交流网之间在常规方案中会设置低频隔离变压器实现并网部分和电池板阵列的电气隔离，优势在于保证接触人群的安全，并可以提供电压匹配和市电进网电流直流量的分离抑制；劣势在于低频变压器在建电网成本和体积及重量方面造成了额外的成本，同时在变流的转换效率上非常低下，折衷优势和劣势而言，虽然起到隔离作用但是对整个光伏发电系统并非是很好的选择。与之相对，非隔离式的并网逆变器通常不需要任何高频或低频的变压器或等同设备，以至于其功率变换效率非常高，而且在体积及成本控制方面也有明显的有效效果。逆变器在并网过程中如果摒弃隔离变压器则会在光伏电池板阵列和电网之间构建电气连接关系，会导致共模电流的大幅度攀升和随之而来的安全隐患。共模电流的消除成为非隔离式并网逆变系统必须克服的难题，漏电流/电池支路绝缘状况监控的准确性是需要充分考虑的疑虑，是消弭漏电流/绝缘故障和采取应对措施的前提条件。无论隔离式还是非隔离式的逆变系统，故障电弧/绝缘故障是必须克服的问题。

参见图1，串联型的多级功率优化器102各自输出的电压叠加后将总的具有较高电势的电压提供给逆变器101，逆变器101汇总串联的多级功率优化器102各自从对应的光伏组件所收集的最大功率，逆变器101通过各类通信获知各功率优化器102的汇总后的总功率之后，计算出电力线ln1-ln2的母线电流或其他信息，并通过无线或电力载波通信再传输告知给每一级功率优化器102。每一个功率优化器102自身的输出端的电压等于它自身所收集的对应光伏组件的最大功率的功率除以母线电流。逆变器和功率优化器之间典型的可以采用无线通信或电力线载波通信来实现数据信息的实时传递。

参见图1，在可选的实施例中，逆变器101可采用飞跨电容多电平逆变器也可以是单相或多相的桥式h-bridge的逆变器等。功率优化器102是直流电压转换器并用来接收来自它的输入端子处的光伏组件/化工电池/燃料电池等提供的电能，进一步转换成输出端子处的输出功率。功率优化的意义：某个功率优化器需要将与之配对某个电池或组件的输出电流和输出电压设置成该电池/组件的最大功率点，换言之，某个功率优化器需要将其输入的功率设置成与其配对的一个电池/组件的最大功率点。或者说，某个功率优化器需要将其输出电流设置成与其配对的一个电池/组件的输出电流无直接关联性，某个功率优化器需要将其输出电压设置成与其配对的一个电池/组件的输出电压无直接关联性。

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。图中显示了光伏组件阵列中安装有基本的电池串组，关于电池串组：每一个电池串组是由多个相互串联连接的光伏组件103串接构成，光伏组件103还可以替换成燃料电池或化学电池。电池串组的主要作用体现在：虽然每一个电池串组由多个光伏组件构成而且内部的多个光伏组件是串联的关系，但是多个不同的电池串组是并联的关系并向逆变器101提供电能。在本申请中每块光伏电池或称光伏组件103均配置有执行mppt最大功率追踪演算的功率优化电路，如第一级光伏组件103-1产生的电能由第一个功率优化器102-1进行功率转换以执行功率优化，第二级光伏组件103-2产生的电能由第二个功率优化器102-2进行功率转换，第n级的光伏组件103-n产生的光伏电能由第n级的功率优化器102-n进行功率转换以执行功率优化，注意这里的n为自然数。其实与每块光伏电池103对应的功率优化器102输出的功率才表征该光伏电池103提供在电池串组上的实际功率。

参见图1，在一个可选但非必须的实施例中，假定某个电池串组内部串接有第一级光伏组件103-1、第二级光伏组件103-2…依此类推至第n级的光伏组件103-n，第一级的功率优化器102-1用于将第一级光伏电池103-1的电压源执行mppt最大功率追踪而进行电压转换并输出v1，依此类推，直至第n级的功率优化器102-n用于将第n级的光伏电池103-n的光伏电压源执行最大功率追踪而进行电压转换并输出vn。可以获悉，单独的某个电池串组上能够提供的总的串级电压大约等于：第一级的功率优化器102-1所输出的电压v1加上第二级的功率优化器102-2所输出的电压v2然后再加上第三级的功率优化器102-3所输出的电压v3…，依此类推，一直累加到第n级的功率优化器102-n输出的电压vn，总的串级电压的计算结果就等于v1+v2+…vn。功率优化电路或称之为功率优化器102可以采用升压型的电压转换电路、降压型的电压转换电路或升降压型的电压转换电路等。第一级的功率优化器102-1、第二级的功率优化器102-2至第n级的功率优化器102-n等通过电力线串联连接，电力线上由功率优化器102-1至102-n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逆变器等电力设备汇流和逆变后再并网，譬如由串联的多级功率优化器102-1至102-n各自的输出功率汇总后再输送给逆变器101供电，不同的多个电池串组在向逆变器供电时是并联连接的关系。

参见图1，第一级的功率优化器102-1至第n级的功率优化器102-n等各个电压转换电路均设有下文提及的处理器112，转换器buck、boost、buck-boost等类型的电压转换电路在本领域中执行功率追踪mppt演算，是由处理器112输出的脉冲宽度调制信号pwm实现的。本领域的技术人员都知道，脉冲宽度调制信号pwm主要是驱动电压转换电路中的功率开关元件来实现对电池电压的升压、降压和升降压等。在开关电源系统中，电源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部分组成，功率变换是核心，主要由开关电路组成，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，脉冲宽度调制方式的最常用的调制方式。直流到直流的dc/dc变换器如电压变换器、电流变换器适用于功率优化器102，功率优化器是直流到直流的变换器，属于开关电源的范畴并且也是单组件级别的电池最大功率追踪电力设备。同时逆变器101采用的逆变电路同样也属于开关电源系统的应用。只是开关模式电源smps根据输入和输出电压形式的不同，分为交流电到交流电的ac/ac变换器如变频器、变压器，也分为交流到直流的ac/dc变换器如整流器，和分为直流到交流电的dc/ac变换器，还分为直流到直流电的dc/dc变换器如电压变换器、电流变换器。逆变器101在本申请中是属于直流电到交流电dc/ac的变换器譬如是各种单相或多相的逆变器，属于开关电源的范畴。

参见图1，多级的第一级的功率优化器102-1至第n级的功率优化器102-n串联后通过电力线ln1-ln2向逆变器101提供电能/电源，逆变器101将直流母线电源执行直流到交流电的逆变，产生的交流电可以本地使用或并网。如逆变器含飞跨电容式的多电平逆变器或单相半桥、单相全桥、推挽式、三相桥式逆变器等，它们均需要在下文内容中提及的处理器111来输出所谓的驱动逆变器开关器件的脉冲宽度调制pwm。在很多逆变场合的理论依据是用一系列等幅度但宽度不同的较窄的脉冲来代替一个正弦波，正弦波被分成若干的等分，也可以看成若干个彼此相连的脉冲序列。业界spwm波形的原理：以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波，用频率和期望波形相同的正弦波作为调制波，当调制波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得在正弦调制波的半个周期内呈两边较窄但是中间较宽的系列等幅度而等宽不等的矩形波。最终利用spwm波形：也即脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的pwm波形，因而实现直流电到交流电的逆变目的。

参见图1，在开关电源系统中，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：第一级的功率优化器102-1的第一输入端ni1耦合到对应的第一级的光伏组件103-1的负极，第二输入端ni2耦合到第一级的光伏组件103-1的正极从而在第一级的功率优化器102-1的第一输出端no1和第二输出端no2之间输出对该光伏组件进行功率转换后的输出功率，通常第一级的功率优化器102-1的输出电压是满足第二输出端no2的电位减去第一输出端no1的电位就等于其输出电压。再以其他的开关电源作为范例阐释：第n级的功率优化器102-n的第一输入端ni1耦合到对应的第n级的光伏组件103-n的负极，第二输入端ni2耦合到第n级的光伏组件103-n的正极从而在第n级的功率优化器102-n的第一输出端no1和第二输出端no2之间输出对该光伏组件进行功率转换后的输出功率，通常第n级的功率优化器102-n的输出电压是满足第二输出端no2的电位减去第一输出端no1的电位就等于其输出电压。注意功率优化器102将第一输入端ni1和第二输入端ni2之间接收的光伏组件的电能转换成从它的第一输出端no1和第二输出端no2输出的输出功率，而且在功率优化过程中，功率优化器的输入端接收的组件输出电流和功率优化器的输出端的电流无关，功率优化器的输入端接收的组件输出电压和功率优化器的输出端的电压无关，并且将功率优化器的输入端接收的组件的输出电流及输出电压设置成对应组件的最大功率点。

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，拓扑也区别，譬如cuk或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。粗略来说，逆变器控制端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端。在维持直流母线电压不变的前提下，控制端重新计算母线电流如变小并反馈给各优化器。由于被遮挡的组件的功率降低，遮挡的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，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。

功率优化器在系统上的最大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发电系统。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该光伏组件的最大功率后相互协作给逆变器功能。譬如固定电压的技术，不仅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的阳光朝向/位置摆设也不需要一样。除了电路拓扑在结构上的优势，功率优化器在最大功率点追踪算法上也有着极大的优势。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算法在理想测试条件下，准确率都可以达到99%以上。正是基于这种在功率上的转换模式优势，才可以让优化器相较于传统的逆变器有着5-30%左右的电能提升。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，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、cuk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。

参见图1，多级的功率优化器102-1至102-n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。以实际的连接关系示范：设功率优化器102-1和功率优化器102-2相邻且串联。在多级形式而且是串联的功率优化器的串联关系中：前一级功率优化器102-1之第二输出端no2连到后一级功率优化器102-2之第一输出端no1，前一级功率优化器102-2之第二输出端no2连到后一级功率优化器102-3之第一输出端no1，等等。则串联的系列的多级功率优化器提供的总的串级电压等于优化器102-1…102-n它们各自的输出电压的叠加值。换而言之也可以认为：首个第一级的功率优化器102-1的第一输出端no1和末尾的最后的一级的功率优化器102-n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。具体的，首个的第一级的功率优化器102-1的第一输出端no1相当是多级的功率优化器的等效负极，末尾的最后的一级的功率优化器102-n的第二输出端no2相当于是多级的功率优化器的等效正极，一组电力线/直流母线中的一者ln1耦合到等效正极以及一组电力线中的另一者ln2耦合到等效负极。注意规定多级功率优化器串联时首个第一级功率优化器102-1的第一输出端no1的电位是最低的以及还有末尾的最后一级功率优化器102-n的第二输出端no2的电位是最高的，以上情形是比较不同的功率优化器各自的输出端电位的前提。电力线ln1-ln2分别耦合到逆变器101的一对输入端，注意常规情况可以使用的汇流箱等电力设备没有直接在图中显示出来。

参见图2，在光伏发电领域，因为各种接头/接触端子譬如多级优化器彼此之间的连接端子之间会发生接触不良、老化、短路等引起拉弧，电弧故障（arc-fault）很大部分原因是由于电缆导线的电气绝缘性能老化破损及污染和空气潮湿引起空气被击穿，另外接触点位置电气松动也是缘由之一，是穿过绝缘介质而连续发光和放电的过程，电弧放电的明显特征是伴随着强光和热及噪声、电磁辐射、电压电流的高突变率等，串行电弧和并行电弧是最主要和需要重点关注的电弧故障。在串联型功率优化器系统中定位故障电弧最简单的方法是：在多级功率优化器102-1至102-n中为每一个功率优化器均配置一个检测电弧故障的电弧传感器115，单独检测每个功率优化器的输出端的电弧情况，当功率优化器的输出端附近发生电弧故障时其处理器112马上就能感知电弧传感器115发出的电弧报警信号，处理器112进一步将故障电弧事件发送给接收终端并作为一种警示。然而每个功率优化器均单独配置一个电弧传感器来侦测该功率优化器的故障电弧存在诸多的负面影响：成本显著增加，每个功率优化器附带一个电弧传感器产生的附带成本可能超过整体成本的二分之一；电弧检测精度降低，不同的功率优化器自身产生的故障电弧可能被串接的链路中的其他功率优化器的电弧传感器捕获到，导致无法分清到底是那一个功率优化器产生的真实电弧。假如功率优化器102-1附近产生电弧，而功率优化器102-n的配套电弧传感器115也检测到了电弧信号，那么功率优化器102-n的配套处理器112可能误判断功率优化器102-n发生了故障电弧事件，这是因为功率优化器都是串联的所以很容易在整个链路中发生误判，导致真实的电弧故障点无法被定位。应用于光伏发电领域的直流电弧传感器属于现有技术。当前已知的检测手段譬如包括基于热或声或电磁特性的电弧检测模式，故障电弧产生的同时伴随的光和热和声音和电磁辐射等特性，根据这些特性可以来检测故障电弧。检测手段譬如还包括侦测电压电流的变化，故障电弧发生时必然会导致电压和电流的变化，通常伴随着电压瞬态拉高和电流瞬态拉低，利用电压和电流的变化来判断是否发生电弧。检测手段譬如还包括侦测故障电流的特性，主要是通过电流检测的方式对高通滤波器形式得到的高频信号、低通滤波得到的低频信号进行特征值统计，故障电弧发生时故障电流中含有大量的谐波分量，幅值发生变化，通过对故障电流信号的时域特性和频域特性进行详细的分析，依据故障信号各自的共性和个性，利用快速傅立叶变换和小波变换提取和分离出故障电流的特征值，提供故障识别的灵敏性和准确性。在时域中电弧电流会出现反复的跳变，电弧稳定燃烧时电流幅值突变变小；在频域中并行电弧和串行电弧电流出现大量的高频谐波，需要用快速傅立叶变换和小波变换提取特征值，如利用傅立叶变换提取谐波总能量的增强作为特征值，在故障判断时，当特征值产生增量，设置某个电弧故障疑似点，当电弧故障疑似点个数超过设定数量值时就判定为电弧故障。还可以利用小波分析方法的带通特性，将高频成分变换进行重构，求出每个频段上的能量的时谱图和能量总和，并进行归一化处理，选取故障电弧的特征频段的能量百分比作为特征向量的元素。总之，电弧传感器115选用当前的检测故障电弧信号的传感器即可。

参见图3，在光伏发电领域，光伏组件的金属边框是接大地gnd，大部分光伏组件的边框采用金属铝，基于安全考虑是原因之一。发现该光伏组件103-1至103-n各自的正负极到地之间会寄生有电容c1-c2。太阳能电池板对大地的分布电容主要取决于电池板自身的面积和当地的土壤性质及周边的空气湿度以及组件安装方式等因素，寄生电容完整的模型比较复杂，示意的寄生电容c1-c2仅仅作为示范性的范例。实质上优化器本身部分结构在必要时也需要接地，例如采用金属外壳时其外壳也必须接大地。那么功率优化器的输出端可能和大地之间也有寄生的分布电容。图3显示了逆变器101通过交流输出侧的一组电力线la1-la2将交流电并网到电网grid，电网的接地点和光伏组件的金属边框的接地点之间分布有地阻抗，同样电网的接地点和功率优化器的接地点之间也分布有类似的地阻抗，以及电网的接地点和逆变器的接地点之间分布有地阻抗等。业界不可忽略的问题是逆变器的逆变桥（如半桥、单相全桥等）或桥臂，会产生所谓的差、共模电压并且进一步导致在图3中的共模回路中，产生共模漏电流ilc。光伏组件和功率优化器的对地共模漏电流问题需要引起特别地重视，光伏组件和功率优化器的对大地之间的寄生电容在湿度和当地灰尘等因素的影响下不允许被忽视，可以达到很高的数值。高频的共模电流譬如图示的ilc会导致并网电流谐波变大，无意义的损耗增加，也会引起电磁干扰从而影响到整个系统中的各个电气设备并产生严重的安全隐患，其发生机制在于光伏组件或者功率优化器和逆变器及电网通过寄生的电容形成共模回路，共模回路中的共模电压的迅速变化引起回路中杂散电感、电容反复充放电而产生所谓的共模漏电流。另外由于光伏发电系统和电网并非是理想的对地绝缘系统，如果整个直流系统的绝缘较差甚至发生单相接地故障，会产生较大的漏电流和对接的接地故障电流，即使在系统中预先设置起保护作用的开关断路装置但是由于漏电流或许不足以触发开关断路电器，故障长期存在会导致：引起局部发热使得绝缘损坏加剧，可能产生电弧故障甚至引起火灾；当故障进一步扩大直至两根直流母线对地绝缘极差时就会引起两根直流母线短路而造成系统跳闸。

参见图4，在光伏发电领域，直流电系统大部分是对地浮置设置的，或者是中性点接地来运行是基于电力发展初期形成的惯例。为了保证直流电系统的可靠运行，需要实时的在线监测系统母线及各个支路的正负极对地的绝缘情况，当某一点对地绝缘电阻低于设定的报警值时，及时发出报警信号，并给出故障点。通常在串联型功率优化器系统中定位绝缘故障最简单的方法是：在多级的功率优化器102-1至102-n中为每一个功率优化器均配置一个检测漏电流的漏电流传感器125，从而单独的检测每个功率优化器的输出端的漏电流情况，当功率优化器的输出端附近发生绝缘故障时其处理器112马上就能感知漏电流传感器125检测出的漏电流情况，功率优化器的每个输出端的对地电压除以其对地漏电流就近乎等于其对地绝缘电阻。漏电流传感器125可兼容于传统的直流微电流测量式的电量隔离传感器，测量方式可为穿孔结构，无插入损耗及过载能力强，抗电磁干扰能力强而且电源适应范围宽，其输入和输出之间都不共地，输入信号为直流微电流，甚至还可以采用输出为rs-485等通讯接口的传感器，从而测量直流系统绝缘漏电流，藉此用于直流电源系统各回路的绝缘监测。处理器112进一步将漏电流情况及是否发生对地绝缘事件发送给接收终端并作为一种警示，当某一个功率优化器的对地绝缘电阻低于设定的报警值时，处理器及时发出报警信号，给出故障点。各个支路譬如功率优化器的每个输出端的对地电压可直接采用当前的电压传感器测量，图中没有特别示意出。该绝缘监测方式是多级功率优化器链路上需要单独为每一个功率优化器的支路的绝缘监测配套至少一个的漏电流传感器，数量居多的漏电流传感器是构成接地绝缘监的主要成本。任意某个光伏组件的对地漏电流在与之对应的一个功率优化器的前侧输入线上进行测量，光伏组件由前侧输入线向功率优化器提供光伏电能，对地漏电流是每个功率优化器的分别耦合到光伏组件正负极的一组前侧输入线（如耦合到输入端子ni1-ni2的输入线）上的电流之差；或任意某个光伏组件的对地漏电流在与之对应的一个功率优化器的后侧输出线上进行测量，功率优化器由后侧输出线（如耦合到输出端子no1-no2的输出线）输出其进行功率转换后的输出电压，此时对地漏电流是每个功率优化器用于提供其输出电压的一组后侧输出线上的电流之差。从前侧输入线上测量的对地电压及对地漏电流或者从后侧输出线上测量的对地电压及对地漏电流能计算出某个组件及其配套的优化器的对地绝缘电阻。

参见图5，作为替代图2的一个实施例，电弧故障事件是在串联连接起多级功率优化器的直流母线也即电力线ln1-ln2上整体性检测的，而无需单独在每一级功率优化器的输出端进行检测，即无需到耦合于输出端子no1-no2的输出线上进行检测，当然也无需再在每一级功率优化器的输入端进行检测即无需到耦合于输入端子ni1-ni2的输入线上进行检测。优势在于：假设功率优化器的数量为n则用到的电弧传感器115仅仅就是直流母线的一个即可，比原来节省n-1个数量的电弧传感器。优化器102-1至102-n中无需再为每一个功率优化器均配置一个检测电弧信号的电弧传感器，反而直接在母线上整体性的检测每个功率优化器的输入端和/或输出端的电弧情况，某个电弧传感器115譬如被安装在逆变器一侧并和逆变器的处理器111配合使用，电力线穿过穿孔式的或穿插式的电弧传感器，电弧的监测也属于电气隔离式的。当整个链路中的任何一级的功率优化器的输入端和/或输出端附近发生电弧故障时电弧传感器115发出电弧报警信号，逆变器配置的处理器132接收到电弧传感器115发出的电弧报警信号后再进一步将故障电弧事件发送给接收终端并作为一种警示。这种警示可以是多种类型的，譬如以刺耳的鸣笛声音或闪烁的警示灯等作为醒目的提示，接收终端就相当于是警报设备，此外还可以将故障电弧事件的信号发送给断路器，直接切断母线电压来避免更大的损失。相比而言，不仅仅是电弧传感器的使用数量大幅度地减少，更主要的是能够精准地判断出到底是那一级功率优化器发生了真实的电弧故障，降低电弧误判率。实现高精准度的故障电弧检测的手段：由多级功率优化器102-1至102-n串联连接并向逆变器101提供电能，逆变器以进行直流电到交流电的逆变，交流电可以并网到电网或直接在本地线下使用。整个串联链路中每一级功率优化器102均用于对与其相配的一个光伏组件103执行最大功率点追踪，所谓最大功率点追踪也即功率优化器将与功率优化器适配的某个光伏组件103的输出电流和输出电压在功率转换过程中设置成该光伏组件103的最大的功率点，功率优化器起到将接收端接收到的电能转化成输出端的输出功率的作用。

参见图5，实现高精准度的故障电弧检测的手段还在于：检测链路中每一级功率优化器用于输出功率的输出端的电位，比较每一级功率优化器的输出端电位相对其前级的功率优化器的输出端电位；当任意一级功率优化器的输出端电位低于其前级的功率优化器的输出端电位，藉此判断出故障事件的位置发生在该任意一级功率优化器处。譬如需要检测出第一级功率优化器102-1的第一输出端no1和第二输出端no2各自的电位，还需要检测出第二级功率优化器102-2的第一输出端no1和第二输出端no2的电位，类推至检测出第三级功率优化器102-3的第一输出端no1和第二输出端no2的电位，至最后检测出第n级功率优化器102-n的第一输出端no1和第二输出端no2的电位。

参见图5，比较每一级功率优化器的输出端电位相对于其前级的功率优化器的输出端电位的意义在于：后一级功率优化器的输出端的电位应当高于其前级的功率优化器的输出端电位否则该位置处就很有可能发生了电弧传感器115感知到的所谓电弧故障。譬如任意的后级功率优化器102-2的第一输出端no1的电位理应与前级功率优化器102-1的第二输出端no2的电位持续相等或持续相近，如果两个端子因为接触不良或端子氧化及老化等问题导致它们之间的接触异常等状况，而引发它们之间的电位大部分时间不相等只是偶尔相等的情况，或者它们之间存在着间接性断开的异常情况，甚至是两个端子直接的被断开的情形，则电弧传感器115侦测到的电弧信号可能就发生在功率优化器102-2自身的第一输出端no1与前级功率优化器102-1的第二输出端no2之间的位置处。如串行电弧可能发生它们之间而触发电弧传感器115捕捉到故障电弧信号。通常而言该功率优化器102-2的第二输出端no2的电位应该比其自身的第一输出端no1的电位高，这是因为功率优化器102-2输出了功率。检测功率优化器102-2的第二输出端no2是否持续高于前级功率优化器102-1的第二输出端no2的电位实质上同时也是等同于要求功率优化器102-2的第二输出端no2的电位应该比它自身的第一输出端no1的电位高，毕竟后级功率优化器102-2的第一输出端no1是直接耦合到前级功率优化器102-1的第二输出端no2。我们试想，如果后级功率优化器102-2的第二输出端no2的电位甚至都低于前级功率优化器102-1的第二输出端no2的电位，则其缘由之一可能是作为后级的功率优化器102-2的第二输出端no2的实际电位并没有高出于后级功率优化器102-2自身的第一输出端no1的电位，这亦有可能是一种潜在的触发所谓电弧传感器115捕捉到故障电弧信号的异常事件。并行电弧可能在端子之间或在电极中的一个和地之间发生，假如功率优化器102-2的两个输出端之间或者在电极中的一个和地之间发生故障电弧，譬如功率优化器102-2的第二输出端no2对地的绝缘性较差直至绝缘损坏而产生电弧。因此可以通过对不同的功率优化器的输出端进行电位检测来定位电弧故障。

参见图5，基于上文内容，在可选但非必须的实施例中，确认任意一级功率优化器的故障电弧事件包括：确定其第一输出端与前级功率优化器的第二输出端电位没有一直持续相等，和/或确定其第二输出端的电位没有持续高于前级功率优化器第二输出端电位。以正常发电阶段的功率优化器102-2为例，其第一输出端no1与前级功率优化器102-1的第二输出端no2两者的电位没有一直持续相等，如两者间接触不良而发生自发的间歇性接通或断开，则直流母线上的电弧传感器感应到的电弧被定位在功率优化器102-2是定位故障的机制之一。我们仍然以正常发电阶段的功率优化器102-2为例，确定其第二输出端no2的电位没有持续高于前级功率优化器102-1的第二输出端no2电位，假设功率优化器102-1和它后级的功率优化器102-2的对接触头在功率优化器102-1的第二输出端no2耦合的线路中的电流被中断时（如发生了插头破坏/电缆损坏等意外情况）发生了电弧表象，则直流母线上的电弧传感器感应到的电弧被定位在功率优化器102-2的输出侧也是用来定位电弧故障的机制之一。当然确认任意一级功率优化器的故障电弧事件还包括确定任意一级功率优化器的第一输出端的电位是否低于第二输出端的电位。我们仍然以正常发电阶段的功率优化器102-2为例，确定其第二输出端no2的电位没有持续高于功率优化器102-2自身的第一输出端no1的电位，如果第一输出端no1的电位低于第二输出端no2的电位则也可以大致确定功率优化器102-2的输入/输出端附近可能有对地电弧，这也是用来定位电弧故障的机制之一。在可选但非必须的实施例中，经过以上电弧检测机制，初步得到了电弧的发生点，电弧是否是假故障还亟待进一步确认，因为线路中时时刻刻都有各种电压波动或扰动，在更精准的方法还包括：以功率优化器102-2为例在通过以上手段确认它可能是电弧故障发生点后，再比较功率优化器102-2从相应的光伏组件103-2吸取的功率也即光伏组件103-2的输出功率和功率优化器102-2本身贡献给逆变器101的实际输出功率，值得注意的是，逆变器吸取的汇总功率等于各级功率优化器102-1至102-n各自贡献的实际输出功率相加。只有在功率优化器102-2的固有功率转化效率引起的功率损耗pl和功率优化器102-2自身的实际输出功率po相加比该光伏组件103-2的输出功率pt还低的前提下，才确认功率优化器102-2位置处的电弧信号是真实的电弧故障，注意此阶段光伏组件103-2仍然运行在最大功率点。在运算关系上功率优化器102-2的实际输出功率和它的输出电压和输出电流相关，光伏组件103-2的输出功率和它的输出电压和输出电流相关。

参见图6，作为替代图4的一个实施例，绝缘故障事件是在串联连接起多级功率优化器的直流母线也即电力线ln1-ln2上整体性检测的，而无需单独在每一级功率优化器的输出端进行检测也即无需到耦合于输出端子no1-no2的输出线上进行检测，当然也无需再在每一级功率优化器的输入端进行检测也即无需到耦合于输入端子ni1-ni2的输入线上进行检测。优势为：设功率优化器的数量为n则用到的漏电流传感器125仅仅是直流母线的一个即可，比之前节省n-1个数量的漏电流传感器。优化器102-1至102-n中无需为每一个功率优化器均配置一个检测绝缘故障的漏电流传感器。在母线上整体性的检测每个功率优化器的输出端的对地绝缘情况：譬如两个作为母线的电力线ln1-ln2穿过某个穿孔式的或穿插式的漏电流传感器125，漏电流的检测也属于电气隔离式的，而漏电流传感器可以和逆变器的处理器111配合使用。根据漏电流传感器125可以检测出直流母线的漏电流情况：漏电流传感器运行时，实时检测母线上传感器输出的信号，当母线绝缘情况正常时，流过漏电流传感器的电流大小相等和方向相反，其输出信号为零；当母线存在不良接地时，漏电流传感器有差值电流流过，传感器的输出不为零。当任何一级的功率优化器的输入端和/或输出端附近发生绝缘故障时，漏电流传感器125就可以检测出直流母线的漏电流。利用现有技术的常规电压传感器检测出两个母线分别对地的对地电压而又通过漏电流传感器125检测出了直流母线的对地漏电流，就可以计算出两个母线分别对地的对地绝缘电阻。最终通过测量母线正负极的对地电压，以及各个母线支路对地的直流漏电流，计算得出母线支路的对地绝缘电阻。具体的计算方式就是两个母线分别对地的对地电压除以各自的对地漏电流就是各自的对地绝缘电阻值。为了保证包含串联功率优化器的直流系统的可靠运行，需要实时的在线监测系统母线及各个功率优化器支路的正负极对地的绝缘情况，当某一点的对地绝缘电阻低于设定的报警值时，及时发出报警信号并给出故障位置点。例如逆变器侧的处理器132通过计算绝缘电阻情况而发出的绝缘报警异常信号而进一步将对地绝缘故障事件发送给接收终端并作为一种警示。实现高精准度的对地的绝缘情况的检测手段为：由多级功率优化器102-1至102-n串联连接成链路并向某个逆变器101提供电能，逆变器以进行直流电到交流电的逆变，交流电可以并网到电网或直接在本地使用。每一级功率优化器102均用于对与其相配的一个光伏组件103执行最大功率点追踪，最大功率点追踪即功率优化器将与功率优化器适配的光伏组件103的输出电流和输出电压在功率转换过程中设置成该光伏组件103的最大的功率点，功率优化器起到将接收端接收到的电能转化成输出端的输出功率的作用。实现高精准度的绝缘情况检测的手段还在于：检测每一级功率优化器用于输出功率的输出端的电位，比较每一级功率优化器的输出端电位相对其前级的功率优化器的输出端电位；当任意一级功率优化器的输出端电位低于其前级的功率优化器的输出端电位，藉此判断出故障事件的位置发生在该任意一级功率优化器处。譬如，需要划分节点/端点而依次在链路中分别检测出第一级功率优化器102-1的第一输出端no1和第二输出端no2各自的电位，以及还需要检测出第二级功率优化器102-2的第一输出端no1和第二输出端no2的电位，类推至检测出第三级功率优化器102-3的第一输出端no1和第二输出端no2的电位，直至最后检测出第n级功率优化器102-n的第一输出端no1和第二输出端no2的电位。

参见图6，比较每一级功率优化器的输出端电位相对于其前级的功率优化器的输出端电位的意义在于：后一级功率优化器的输出端的电位应当高于其前级的功率优化器的输出端电位否则有可能发生了对地的绝缘故障。如功率优化器102-2的第一输出端no1的电位与前级功率优化器102-1的第二输出端no2的电位理应持续相等或持续相近，如果两者中的某个因为发生接地或对地的阻抗变小而引发它们之间的电位不相等情况，假定后级功率优化器102-2的第一输出端no1对地的阻抗变小绝缘变差，则可以判断出的绝缘故障很可能就发生在后级功率优化器102-2的第一输出端no1附近，或绝缘故障发生在它与前级功率优化器102-1的第二输出端no2之间的某个位置处。譬如：假定后级功率优化器102-2的第一输出端no1对大地的绝缘异常，引发功率优化器102-2自身的第一输出端no1的电位与前级功率优化器102-1的第二输出端no2的电位之间的电位大部分时间不相等，例如前者甚至低于后者，或许它们之间存在间歇性偶尔相等的情况，亦有可能是功率优化器102-2的第一输出端no1对大地的绝缘性不稳定，属绝缘故障。另外作为后级的功率优化器102-2的第二输出端no2的电位应该比功率优化器102-2其自身的第一输出端no1的电位高，因为功率优化器102-2输出了功率，在这里主动去检测功率优化器102-2的第二输出端no2的电位是否持续高于前级功率优化器102-1的第二输出端的电位，实质上同时也相当于是要求功率优化器102-2的第二输出端no2的电位应该比功率优化器102-2自身的第一输出端no1的电位高，毕竟功率优化器102-2的第一输出端no1是直接耦合到前级功率优化器102-1的第二输出端no2。可以试想：后级的功率优化器102-2的第二输出端no2的电位甚至都要低于前级的功率优化器102-1的第二输出端no2的电位，很可能是作为后级的功率优化器102-2的第二输出端no2的实际电位对大地的绝缘性极差，产生漏电流。后级功率优化器102-2的第二输出端no2的电势没有高出于后级功率优化器102-2自身的第一输出端no1的电位，这也是一种可能触发所谓的漏电流传感器125感应到母线的漏电流信号的异常绝缘事件。因此可以通过对不同的功率优化器的输出端进行电位检测来定位对地绝缘故障事件。

参见图6，基于上文内容，在可选但非必须的实施例中，确认任意一级功率优化器的对地绝缘故障包括：确定其第一输出端与前级功率优化器的第二输出端电位没有一直持续相等，和/或确定第二输出端的电位没有持续高于前级功率优化器第二输出端电位。以正常发电阶段的功率优化器102-2为例，其第一输出端no1与前级功率优化器102-1的第二输出端no2两者的电位没有一直持续相等，譬如两个端子中之一接地或对地的绝缘电阻过低产生所谓的绝缘问题，则直流母线上的漏电流传感器感应到的绝缘故障可定位在功率优化器102-2是定位故障的机制之一。以发电阶段的功率优化器102-2为例，在先确定它的第二输出端no2的电位没有持续高于前级的功率优化器102-1的第二输出端的电位时，譬如功率优化器102-2的第二输出端no2附近耦合的线路或触头接地或对地的绝缘电阻过低，则直流母线上的漏电流传感器感应的漏电被定位在功率优化器102-2的输出侧是用来定位绝缘故障的机制之一。当然确认任意一级功率优化器的绝缘故障事件还包括确定任意一级功率优化器的第一输出端的电位是否低于第二输出端的电位。仍然以正常发电阶段的功率优化器102-2为例，确定其第二输出端no2的电位没有持续高于功率优化器102-2自身的第一输出端no1的电位，如果第二输出端no2的电位是低于第一输出端no1的电位则也可以大致确定功率优化器102-2的第二输出端有接地，这也是用来定位绝缘故障的机制之一。在可选但非必须的实施例中，经过以上绝缘故障的检测机制虽然初步得到了故障的发生点，但绝缘故障是否是假故障还亟待进一步确认，因为线路中时时刻刻都有各种电压波动或扰动，更精准的方法还包括：以功率优化器102-2为例在通过以上手段确认它可能是电弧故障发生点后，再比较功率优化器102-2的第一输出端和第二输出端no1-no2之间流过的电流是否低于母线也即电力线ln1-ln2的电流，只有在从功率优化器102-2的第二输出端no2流入的和从第一输出端和no1流出的电流低于母线电流即ln1-ln2电流的前提下，才确认功率优化器102-2位置处的绝缘异常是真实的绝缘故障，注意此阶段光伏组件103-2仍然维持运行在最大功率点。在该实施例的基础上采取其他更进一步精准化绝缘精度的方法还包括：比较光伏组件103-2产生的功率也即光伏组件103-2的输出功率和功率优化器102-2本身贡献给逆变器101的实际输出功率，逆变器101吸取的汇总功率等于各级功率优化器102-1至102-n各自贡献的实际输出功率之和，如果功率优化器102-2的固有功率转化效率导致的功率损耗pl和功率优化器102-2的自身的实际输出功率po相加比光伏组件103-2的输出功率pt还要低的前提条件下，才确认功率优化器102-2位置处的绝缘异常是真实的绝缘故障。光伏组件的输出电压和优化器的输出电压均可通过常规电压传感器测量，光伏组件的输出电流和优化器的输出电流均可通过常规的电流传感器测量。

参见图6，如图中所示的第一级功率优化器102-1、第二级功率优化器102-2直至所谓的第n级的功率优化器102-n等均通过串接线串联连接，而在多级电压转换电路或功率优化器102-1至102-n串联连接的链路中，连接关系为：任意前一级功率优化器的第二输出端耦合到相邻后一级电压转换电路的第一输出端，链路提供的总的串级电压等于它当中多级功率优化器各自的输出电压的叠加值。链路为：第一级功率优化器102-1的第二输出端no2耦合到相邻后一级也即第二级功率优化器102-2的第一输出端no1，第二级功率优化器102-2的第二输出端no2耦合到相邻后一级也即第三级功率优化器102-3的第一输出端no1，依此类推，第n-1级的功率优化器的第二输出端no2耦合到它相邻的后一级功率优化器102-n的第一输出端no1。每一个功率优化器的输出电容co连接在它的第一和第二输出端no1-no2之间，链路提供的总的串级电压还等于它当中多级功率优化器102-1至102-n各自输出电容上co的电压的叠加值，从而传输串接线上由多级功率优化器102-1至102-n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进行汇流再逆变等，串级电压由母线ln1-ln2输送。

参见图6，多级功率优化器中首个第一级的功率优化器的第一输出端no1和末尾的最后的一级的功率优化器的第二输出端no2之间提供多级功率优化器的串级电压，首个第一级的功率优化器的第一输出端no1相当于是多级优化器链路的等效负极，和末尾的最后的一级的功率优化器的第二输出端no2相当于是多级优化器链路的等效正极。

参见图7，光伏组件103-m利用功率优化器102-m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102-m的第二输入端ni2连到光伏组件103-m的正极以及功率优化器102-m的第一输入端ni1连接到光伏组件103-m的负极。注意到电压转换电路或功率优化器102-m的第一输出端no1和第二输出端no2之间提供输出电压，另外还有输出电容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，最终电压转换电路所输出的直流输出电压及功率产生在功率优化器102-m的第一输出端和第二输出端之间，输出电压加载在输出电容co上。功率优化器102-m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ni1和第二输入端ni2之间，以及功率优化器102-m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，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之间设置有一个主电感元件l，其中第一输出端no1和第一输入端ni1可以直接耦合到一起并设定它们的电位为基本相同。第一输入端ni1和第二输入端ni2之间设有输入电容cin。功率优化器配置的处理器可以用于驱动功率开关s1-s4，上下文的m和n都是自然数。同样相邻的光伏组件103-n利用功率优化器102-n产生期望的输出电压和执行最大功率点追踪。

参见图8，相当于前文图1-7中的每个功率优化器被一个旁路装置替换掉。第一级旁路装置152-1、第二级旁路装置152-2直至所谓的第n级的旁路装置152-n等均通过串接线串联连接，在多级旁路装置152-1至152-n串联连接的链路中，连接关系为：任意前一级旁路装置的第二输出端耦合到相邻后一级旁路装置的第一输出端，链路提供的总的串级电压等于它当中多级旁路装置各自的输出电压的叠加值。链路具体关系为：第一级旁路装置152-1的第二输出端no2耦合到相邻后一级也即第二级旁路装置152-2的第一输出端no1，第二级旁路装置152-2的第二输出端no2耦合到相邻后一级也即第三级旁路装置152-3的第一输出端no1，依此类推第n-1级的旁路装置的第二输出端no2耦合到它相邻的后一级旁路装置152-n的第一输出端no1。从而传输串接线上由多级的旁路装置152-1至152-n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进行汇流再逆变等，串级电压由母线ln1-ln2输送。

参见图8，光伏组件103-m利用旁路装置152-m执行接入多级旁路装置串联连接的链路中的切换或执行从链路中断开的切换。旁路装置152-m的第一输入端ni1连到光伏组件103-m负极和旁路装置152-m的第二输入端ni2连到光伏组件103-m正极。在可选的但非限制性的实施例中，旁路装置152-m的第一输出端no1和第二输出端no2可以输出对应光伏组件103-m产生的功率，而且还可以选择使得输出电容co连接在第一输出端no1和第二输出端no2之间也可以选择去掉电容co。图8的实施例利用旁路装置替代了图1中的功率优化器。在旁路装置152-m的拓扑结构中：接入开关sq1耦合在第二输入端ni2与第二输出端no2之间，或者接入开关sq1耦合在第一输入端ni1与第一输出端no1之间。总之接入开关要么耦合在组件的正极和第二输出端no2之间或者耦合在组件的负极和第一输出端no1之间。旁路装置拓扑中的移除开关sq2则耦合在第一输出端no1与第二输出端no2之间。旁路装置152-m配置的处理器112驱动接入开关sq1接通则光伏组件103-m就被接入到多级旁路装置串联连接的链路中并向串级电压来贡献自己的电压和功率部分，处理器112此时还驱动移除开关sq2被关断。反之旁路装置152-m配置的处理器112驱动移除开关sq2接通则光伏组件103-m就被从多级旁路装置串联连接的链路中屏蔽/旁路掉，光伏组件103-m无法向该链路的串级电压来贡献自己的电压和功率部分，处理器112此时还驱动接入开关sq1关断。则旁路装置的功能体现在：用于将与其对应的一个光伏组件旁路掉而禁止向链路中提供电能，或用于将与其对应的一个光伏组件从屏蔽/旁路状态切换到接入状态转而向链路中提供电能。同样相邻的光伏组件103-n利用旁路装置152-n产生期望的输出电压及功率，而且这里的光伏组件103-n还利用旁路装置152-n执行从多级旁路装置串联连接的链路中予以旁路掉或执行从旁路状态恢复到接入链路中的状态。对比本实施例和图7的实施例，如果升降压电路buck-boost中的第四开关s4持续接通第二开关s2持续关断，第一开关s1则可以等效为接入开关sq1、第三开关s3则可以等效为移除开关sq2，也即图7的升降压电路实质上也可以被间接的用作旁路装置，仅仅需要处理器112的配合即可。

参见图8，并结合上前文的图1-7对应的实施例，多级旁路装置中首个第一级的旁路装置的第一输出端no1和末尾的最后的一级的旁路装置的第二输出端no2之间提供多级旁路装置152-1至152-n的串级电压，首个第一级的旁路装置的第一输出端no1相当于是多级旁路装置链路的等效负极，末尾的最后的一级的旁路装置的第二输出端no2相当于是多级旁路装置链路的等效正极。譬如在图1中：第一级旁路装置152-1替代原来的第一级的功率优化器102-1、第二级旁路装置152-2替代原来链路中的第二级的功率优化器102-2，第三级旁路装置152-3替代原来的第三级的功率优化器102-3，依此类推直至所谓的第n级的旁路装置152-n替代原来的第n级的功率优化器102-n，从而多级旁路装置等通过串接线予以串联连接起来，也即图1的每一个优化器被图8的实施例中描述的旁路装置予以替代，或被图7的可用作旁路装置的升降压电路替代。该旁路装置将输入端ni1-ni2从光伏组件接收的电能传递到其提供输出功率的输出端no1-no2。

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。