專利名稱：用于可重新配置地連接光伏陣列中的光伏面板的方法
用于可重新配置地連接光伏陣列中的光伏面板的方法相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求2009年1月30日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No. 61/148，878的權(quán)益。 發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及用于重新配置光伏陣列中的光伏面板之間的電連接的方法，尤其涉及用于以根據(jù)電力傳送目的選擇的串聯(lián)和并聯(lián)電路的組合可重新配置地連接光伏陣列中的光伏面板的方法。背景對(duì)于在特定入射光照和溫度條件下工作的光伏(PV)電池，存在PV電池輸出電壓和輸出電流的特定的值組合，此時(shí)PV電池所產(chǎn)生電功率的量達(dá)最大值。從PV電池輸出的最大功率，稱為最大功率點(diǎn)(MPP)或PMAX，響應(yīng)于入射光照的變化、PV電池工作溫度的變化、以及從PV電池接收電力的電負(fù)載的阻抗的變化而改變。MPP的值可針對(duì)包括一個(gè)或多個(gè)PV模塊的PV面板確定，其中每個(gè)PV模塊包括連接成一電路的許多PV電池。MPP的值也可針對(duì)由許多PV面板制成的PV陣列、包括一個(gè)或多個(gè)PV陣列的PV區(qū)域、以及包括一個(gè)或多個(gè)PV區(qū)域的PV發(fā)電系統(tǒng)找出。在當(dāng)前使用的許多PV陣列中，PV陣列中的PV面板被機(jī)械和電學(xué)地排列，以使當(dāng) PV陣列在負(fù)載阻抗、溫度和光照的預(yù)定基準(zhǔn)條件下工作時(shí)該陣列輸出MPP的功率。例如，來(lái)自用于將陽(yáng)光轉(zhuǎn)換成電的太陽(yáng)能PV陣列的輸出電壓和輸出電流可被選擇成遞送與針對(duì)一年內(nèi)的所選時(shí)間和一天內(nèi)的所選時(shí)間的無(wú)遮擋日照的MPP相對(duì)應(yīng)的電功率。然而，因?yàn)槿肷涔庹沼捎谔?yáng)相關(guān)于PV陣列的位置的季節(jié)和日常變化而變化，所以PV陣列的電流輸出也變化，MPP的相關(guān)值也一樣變化。PV陣列中的PV面板所接收的光照還受陽(yáng)光通過(guò)地球大氣層的透射的變化影響，例如受減少入射到PV陣列上的陽(yáng)光的量的天氣變化的影響。諸如環(huán)境溫度變化的溫度變化以及PV陣列組件在一天中或在季節(jié)變換時(shí)的直接太陽(yáng)能加熱的變化，也會(huì)導(dǎo)致從PV陣列輸出的功率偏離MPP。由于光照、溫度或負(fù)載阻抗條件與配置陣列的基準(zhǔn)條件不同，因此本領(lǐng)域中公知的PV陣列通常將輸出小于MPP的功率量。不在MPP工作的PV陣列會(huì)浪費(fèi)電功率，或者會(huì)有損壞陣列中電組件或光伏組件的風(fēng)險(xiǎn)。用于供應(yīng)交流電(AC)功率的太陽(yáng)能PV發(fā)電系統(tǒng)包括例如DC-AC逆變器的功率轉(zhuǎn)換裝置，用于將來(lái)自PV面板的直流(DC)功率轉(zhuǎn)換成要供應(yīng)給電負(fù)載的AC輸出功率。尺寸對(duì)應(yīng)于大電負(fù)載的逆變器一般具有相對(duì)較窄的DC輸入電壓范圍，且具有顯著高于單個(gè)PV 面板的輸出電壓的最小DC輸入電壓。因此，選定數(shù)目的PV面板被串聯(lián)電連接以形成在逆變器DC輸入范圍內(nèi)的組合PV陣列輸出電壓。在PV陣列中選定數(shù)目串的串聯(lián)連接的PV面板被進(jìn)一步并聯(lián)連接，來(lái)提供輸出電流的目標(biāo)值。對(duì)于本領(lǐng)域中公知的PV陣列，每串串聯(lián)連接的PV面板中面板的數(shù)目和并聯(lián)連接的PV面板的串?dāng)?shù)是固定的，即在正常操作期間PV 面板之間的電纜不斷開(kāi)并重新連接成新的電路配置。改變本領(lǐng)域中公知的PV陣列中PV面板之間的串聯(lián)和并聯(lián)電連接的配置一般需要斷開(kāi)和重新連接許多電纜，是勞動(dòng)力和時(shí)間密集的過(guò)程。作為對(duì)諸如電負(fù)載的短期變化、短時(shí)段的高環(huán)境溫度、多云天氣等的瞬變現(xiàn)象作出響應(yīng)的手段，改變本領(lǐng)域公知的PV陣列的配置一般是不可行的。此外，當(dāng)來(lái)自本領(lǐng)域公知的PV陣列的輸出電壓小于逆變器的最小輸入電壓規(guī)格時(shí)，來(lái)自該陣列的輸出功率不再適合輸入到逆變器，且不用于向電負(fù)載供電。一些PV陣列具有針對(duì)與入射光照、溫度和負(fù)載阻抗的選定基準(zhǔn)條件相關(guān)的目標(biāo) MPP值選擇的輸出電壓和輸出電流。其它PV陣列包括用于調(diào)節(jié)輸出電壓或輸出電流以使從 PV陣列輸出的功率在MPP響應(yīng)于操作條件的改變而改變時(shí)保持接近MPP的裝置。因?yàn)镻V 陣列輸出電壓優(yōu)選保持在逆變器的相對(duì)窄的DC輸入范圍內(nèi)，所以裝備成調(diào)節(jié)其輸出以跟蹤MPP的變化值的PV陣列一般通過(guò)調(diào)節(jié)陣列輸出電流來(lái)這樣做。最大功率點(diǎn)跟蹤器(MPPT) 是用于響應(yīng)于MPP的改變值調(diào)節(jié)PV陣列輸出電流的電氣裝置的一個(gè)示例。MPPT調(diào)節(jié)連接至PV陣列的電負(fù)載的阻抗，從而將PV陣列輸出電流設(shè)置成與新MPP值相關(guān)的值。配置PV陣列、MPPT和逆變器的組合以供在負(fù)載阻抗的恒定值的情況下操作是普遍的。然而，在實(shí)踐中負(fù)載阻抗一般不是恒定的。此外，MPPT的成本和復(fù)雜性高，尤其是對(duì)由設(shè)計(jì)成暴露于來(lái)自大PV陣列的輸出中所存在的高電壓和大電流的半導(dǎo)體器件制成的 MPPT而言。MPPT的成本和復(fù)雜性隨PV陣列尺寸的增大快速提高，因此將MPPT或類似調(diào)整裝置縮放成例如公用事業(yè)規(guī)模PV陣列的極大PV陣列并非易事。此外，已知使用在高電壓和高電流下操作的半導(dǎo)體的復(fù)雜電子器件會(huì)降低器件在其中運(yùn)行的系統(tǒng)的總體可靠性。遭受電故障的MPPT會(huì)使來(lái)自整個(gè)PV陣列的輸出中斷。需要的是一種用于快速調(diào)節(jié)PV陣列中PV面板之間的串聯(lián)和并聯(lián)電連接的配置以根據(jù)一個(gè)或多個(gè)電力傳送目的向電負(fù)載供應(yīng)電力的方法，電力傳送目的例如是跟蹤MPP變化的目的或使PV陣列阻抗與負(fù)載阻抗相匹配的目的。進(jìn)一步需要的是一種經(jīng)濟(jì)地縮放至例如公用事業(yè)規(guī)模PV陣列的極大PV陣列的方法。還需要的是一種用于調(diào)節(jié)PV陣列的輸出、減少單點(diǎn)裝置故障將中斷來(lái)自PV陣列的電力輸出的可能性的方法。

發(fā)明內(nèi)容
提供一種用于根據(jù)對(duì)從PV陣列輸出至電負(fù)載的電功率的選定電力傳送目的來(lái)選擇PV面板之間的串聯(lián)和并聯(lián)電連接的組合的方法。適于與所揭示方法一起使用的PV面板在本文中稱為智能節(jié)點(diǎn)。兩個(gè)或多個(gè)電連接的智能節(jié)點(diǎn)在本文中稱為可配置PV陣列。在該方法的一些示例中，智能節(jié)點(diǎn)之間的串聯(lián)和并聯(lián)連接的組合根據(jù)與均衡電負(fù)載和可配置 PV陣列的阻抗相關(guān)的電力傳送目的來(lái)選擇。在該方法的其它示例中，智能節(jié)點(diǎn)之間的串聯(lián)和并聯(lián)連接的組合根據(jù)與可配置PV陣列在最大功率點(diǎn)的功率輸出相關(guān)的電力傳送目的來(lái)選擇。在另外的示例中，可配置PV陣列中的串聯(lián)和并聯(lián)連接的組合根據(jù)其它電力傳送目的來(lái)確定。根據(jù)所揭示的方法，可配置PV陣列中智能節(jié)點(diǎn)之間的串聯(lián)和并聯(lián)連接的組合可響應(yīng)于與電力傳送目的相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)值的改變更改成串聯(lián)和并聯(lián)連接的不同組合。從一種PV陣列配置到另一種PV陣列配置的更改通過(guò)設(shè)置每個(gè)智能節(jié)點(diǎn)中所包括的電控開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)完成。從一種PV陣列配置到另一種PV陣列配置的更改可由中央監(jiān)視和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制，或者可另選地由為此目的指定的智能節(jié)點(diǎn)控制。命令可經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)通信接口依次或同時(shí)地發(fā)送給智能節(jié)點(diǎn)。本節(jié)歸納了本發(fā)明的一些特征。參考以下描述和所附附圖，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將得到更佳的理解。附圖簡(jiǎn)述

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一方法示例中的步驟的框圖。圖2是本文中稱為智能節(jié)點(diǎn)的光伏面板的示例的示意圖。圖2的智能節(jié)點(diǎn)示例適于可選擇地與其它智能節(jié)點(diǎn)串聯(lián)或并聯(lián)電連接，包括旁路電路，并且進(jìn)一步適于與其它智能節(jié)點(diǎn)以及中央控制和監(jiān)視計(jì)算機(jī)系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)和命令。圖3是在串聯(lián)電路中與電纜組件互連的整數(shù)數(shù)目“η”個(gè)圖2的智能節(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)化示意圖。圖4是在并聯(lián)電路中與電纜組件互連的整數(shù)數(shù)目“η”個(gè)圖2的智能節(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)化示意圖。圖5是具有用串聯(lián)和并聯(lián)電連接互連的3個(gè)圖2的智能節(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)單PV陣列示例的簡(jiǎn)化示意圖。圖6是在具有逆變器和電負(fù)載的電路中具有12個(gè)圖2的智能節(jié)點(diǎn)的PV陣列示例的示意圖。圖6示例中的電負(fù)載代表其阻抗ZLOAD在PV陣列操作期間改變的電負(fù)載。圖6 的PV陣列示例可如圖7-12的示例的任一個(gè)中根據(jù)為串聯(lián)-并聯(lián)選擇器Χ1-Χ12選擇的設(shè)置來(lái)選擇性地配置。圖7是圖6的PV陣列示例的許多可能可選擇電配置之一的示例的示意圖。在圖 7的示例中，PV陣列中的所有智能節(jié)點(diǎn)并聯(lián)電連接。圖8是示出配置為串聯(lián)電連接的兩組智能節(jié)點(diǎn)的圖6的PV陣列示例的示意圖，其中在每一組中6個(gè)智能節(jié)點(diǎn)并聯(lián)電連接。圖9是示出配置為串聯(lián)電連接的三組智能節(jié)點(diǎn)的圖6的PV陣列示例的示意圖，其中在每一組中4個(gè)智能節(jié)點(diǎn)并聯(lián)電連接。圖10是示出配置為串聯(lián)電連接的四組智能節(jié)點(diǎn)的圖6的PV陣列示例的示意圖， 其中在每一組中3個(gè)智能節(jié)點(diǎn)并聯(lián)電連接。圖11是示出配置為串聯(lián)電連接的六組智能節(jié)點(diǎn)的圖6的PV陣列示例的示意圖， 其中在每一組中2個(gè)智能節(jié)點(diǎn)并聯(lián)電連接。圖12是示出其中所有智能節(jié)點(diǎn)串聯(lián)電連接的圖6的PV陣列示例的示意圖。圖13是圖1方法的一變體示例。在圖13的示例中，示出為維持直流至交流逆變器的DC電壓輸入范圍內(nèi)的可配置PV陣列輸出電壓的電力傳送目的進(jìn)行的步驟。圖14是圖1方法的另一變體示例。在圖14的示例中，示出為均衡可配置PV陣列的阻抗和電負(fù)載的阻抗的電力傳送目的進(jìn)行的步驟。圖15是圖1方法的又一變體示例的第一部分。在圖15的示例中，示出為在最大功率點(diǎn)(MPP)操作可配置PV陣列的電力傳送目的進(jìn)行的步驟。圖16是圖15示例的繼續(xù)。具體描述提供了一種通過(guò)用串聯(lián)和并聯(lián)電路的可選擇組合配置PV陣列中PV面板之間的連接來(lái)將電力從光伏(PV)陣列有效傳送到連接至PV陣列的電負(fù)載的方法。在所揭示方法的相關(guān)變體中，電力是根據(jù)選定電力傳送目的來(lái)傳送的。電力傳送目的是用于確定PV陣列的優(yōu)選電配置的目標(biāo)、準(zhǔn)則或原則。在一些情形中，通過(guò)PV陣列參數(shù)的最優(yōu)選擇，電力傳送目的不能全部實(shí)現(xiàn)但可逼近。例如，在一變體中，電力傳送目的是將來(lái)自可配置PV陣列的輸出電壓的值維持在直流至交流逆變器的直流輸入范圍規(guī)范的限值內(nèi)。在另一變體中，電力傳送目的是在最大功率點(diǎn)(MPP)將電力從PV陣列傳送至電負(fù)載。在又一變體中，電力傳送目的是使PV陣列的阻抗與電負(fù)載的阻抗之差小于指定最大誤差量。在再一變體中，電力傳送目的是使PV陣列快速適應(yīng)入射光照、溫度或其它指定參數(shù)的變化。該方法的其它變體基于電力參數(shù)目的的組合尋求最優(yōu)化。適于與本文中揭示的示例一起使用的PV面板的示例稱為智能節(jié)點(diǎn)。智能節(jié)點(diǎn)的示例在2008年10月1日提交的題為“Network Topology for Monitoring and Controlling a Solar Panel Array”(用于監(jiān)視和控制太陽(yáng)能面板陣列的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?的美國(guó)專利申請(qǐng)S/N. 12Λ43，890、以及2009年1月12日提交的題為“System for Controlling Power From A Photovoltaic Array By Selectively Configuring Connections Between Photovoltaic Panels”(用于通過(guò)選擇性地配置光伏面板之間的連接控制來(lái)自光伏陣列的電力的系統(tǒng))的美國(guó)專利申請(qǐng)S/N. 12/352，510中描述，這些專利申請(qǐng)通過(guò)引用結(jié)合于此。所揭示方法的優(yōu)點(diǎn)包括對(duì)從少于一百個(gè)PV面板的PV陣列到具有數(shù)十萬(wàn)個(gè)PV面板的公用事業(yè)規(guī)模的PV陣列的電力傳送的經(jīng)濟(jì)和有效控制。另一優(yōu)點(diǎn)是對(duì)串聯(lián)和并聯(lián)電連接的快速重新配置，以使PV陣列適應(yīng)操作條件的變化。例如，在具有通過(guò)相對(duì)較慢的無(wú)線鏈路與中央監(jiān)視和控制計(jì)算機(jī)通信的十萬(wàn)個(gè)智能節(jié)點(diǎn)的PV陣列中，陣列中每塊面板的電連接能在5分鐘內(nèi)電切換至一新配置。在許多情形中，配置的改變將不需要每塊面板連接的改變，因此甚至用PV陣列中PV面板的相對(duì)較慢的通信鏈接，配置改變一般也將快到足以跟蹤PV陣列操作期間所遭遇的許多瞬變現(xiàn)象。因此，通過(guò)所揭示方法響應(yīng)于移動(dòng)的云朵陰影、隨太陽(yáng)在天空中改變位置而改變位置的結(jié)構(gòu)陰影、電負(fù)載的改變、天氣改變、PV面板故障、PV面板維護(hù)等來(lái)重新配置PV陣列是實(shí)用的。此外，在大PV陣列中，發(fā)送至各個(gè)PV面板的許多數(shù)據(jù)將經(jīng)由相對(duì)高速度的數(shù)據(jù)通路行進(jìn)，從而將重新配置陣列所需的時(shí)間從幾分鐘減少至幾秒鐘。在該方法的一些變體中，PV陣列越大，可使來(lái)自PV陣列的輸出越接近與選定電力傳送目的相關(guān)的狀況。例如，在該方法的一些變體中，PV陣列越大，可使PV陣列的阻抗越接近從陣列接收電力的電負(fù)載的阻抗。在其它變體中，PV陣列越大，可使PV陣列越接近與工作溫度或入射光照中的變化相關(guān)的改變后的MPP值。其它優(yōu)點(diǎn)包括形成PV陣列中PV面板之間的串聯(lián)和并聯(lián)電連接，而不將半導(dǎo)體組件暴露于高電壓或高電流，并且去除有可能引起單點(diǎn)故障的某電氣裝置。另一優(yōu)點(diǎn)是與本領(lǐng)域中公知的PV發(fā)電系統(tǒng)相比改進(jìn)的系統(tǒng)可靠性。此外，所公開(kāi)方法可在PV陣列正常工作期間進(jìn)行，即該陣列能在不斷開(kāi)和重新連接電纜的情況下從串聯(lián)和并聯(lián)連接的一種組合重新配置成另一種組合。另一優(yōu)點(diǎn)是改進(jìn)從 PV陣列向接收來(lái)自陣列的電力的電負(fù)載傳遞電力的效率。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一方法示例。圖1中方法300的示例在步驟302開(kāi)始。在步驟304，選擇從可配置PV陣列向電負(fù)載輸出電力的電力傳送目的。本方法中的后續(xù)步驟取決于與選定電力傳送目的相關(guān)的參數(shù)和條件。圖1的方法300的示例在步驟306繼續(xù)，在步驟306中值被分配給與電力傳送目的相關(guān)的參數(shù)。值可通過(guò)測(cè)量參數(shù)值來(lái)可任選地分配，參數(shù)值例如是但不限于可配置PV陣列輸出電壓、可配置PV陣列輸出電流、PV陣列阻抗、電負(fù)載阻抗、入射到可配置PV陣列中智能節(jié)點(diǎn)上的光照的平均值或其它選定參數(shù)。可選地，參數(shù)值可作為使用與光照、溫度、負(fù)載阻抗或與電力傳送目的相關(guān)的其它選定參數(shù)的基準(zhǔn)條件相關(guān)的目標(biāo)值的計(jì)算的結(jié)果來(lái)分配。 或者，一些參數(shù)可通過(guò)計(jì)算來(lái)分配值，而其它參數(shù)可通過(guò)測(cè)量來(lái)分配值。接著，在步驟308，根據(jù)步驟304中選擇的電力傳送目的和步驟306中分配的參數(shù)值選擇智能節(jié)點(diǎn)之間的串聯(lián)和并聯(lián)電連接的第一組合。串聯(lián)和并聯(lián)連接的第一組合在本文中稱為可配置PV陣列的基線配置。與電力傳送目的相關(guān)的參數(shù)值的變化可任選地導(dǎo)致PV 陣列從基線配置變成新配置。在步驟308，在選擇了智能節(jié)點(diǎn)之間的串聯(lián)和并聯(lián)連接的組合之后，智能節(jié)點(diǎn)根據(jù)選定組合電互連。在步驟310，測(cè)量與電力傳送目的相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的變化量。例如，在該方法的一些變體中，在不同時(shí)間測(cè)量負(fù)載阻抗并確定負(fù)載阻抗的變化量。然后，在步驟312，評(píng)估測(cè)得的變化量以確定是否應(yīng)當(dāng)改變PV陣列的配置。如果參數(shù)的變化量與新的PV陣列配置的關(guān)聯(lián)比與當(dāng)前PV陣列配置的關(guān)聯(lián)更緊密，則在步驟314，根據(jù)來(lái)自步驟312的與變化參數(shù)值相關(guān)的新PV陣列配置來(lái)重新配置智能節(jié)點(diǎn)之間的連接。如果一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的變化量不與新PV陣列配置關(guān)聯(lián)，則方法返回至步驟310來(lái)測(cè)量一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的新值?？梢岳斫?，盡管對(duì)于圖1所示的方法300的示例而言沒(méi)有明確的終止步驟，但是可任選地該方法可在任何選定步驟中斷。根據(jù)本發(fā)明的方法涉及包括兩個(gè)或多個(gè)智能節(jié)點(diǎn)的可配置PV陣列。圖2示出一智能節(jié)點(diǎn)示例的電路圖，該電路圖代表在專利申請(qǐng)S/N. 12/352,510中揭示的智能節(jié)點(diǎn)以及針對(duì)專利申請(qǐng)S/N. 12/243, 890中的智能節(jié)點(diǎn)揭示的通信、監(jiān)視和控制特征，其中該智能節(jié)點(diǎn)稱為可配置PV面板。圖2的智能節(jié)點(diǎn)100包括用于從太陽(yáng)能照射產(chǎn)生電力的PV模塊108，用于監(jiān)視和控制智能節(jié)點(diǎn)100的節(jié)點(diǎn)控制器114，以及用于從第一電力連接器Pl 102上的電流和電壓中選擇性地排除來(lái)自PV模塊108的電流和電壓輸出的電控旁路選擇器 120。圖2的智能節(jié)點(diǎn)100進(jìn)一步包括第二電力連接器P2 156，以及電控串聯(lián)-并聯(lián)選擇器&1 138，用于用串聯(lián)電連接、并聯(lián)電連接、或串聯(lián)和并聯(lián)電連接的組合來(lái)選擇性地連接至其它智能節(jié)點(diǎn)100。圖2的智能節(jié)點(diǎn)100包括適于與其它節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)或中央監(jiān)視和控制計(jì)算機(jī)通信的節(jié)點(diǎn)控制器114。節(jié)點(diǎn)控制器可包括例如但不限于包括多個(gè)分立電路組件的電路、可編程邏輯陣列、門陣列、專用集成電路、或具有關(guān)聯(lián)支持電路的微處理器或微控制器。網(wǎng)關(guān)是可任選的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，其在將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給中央監(jiān)視和控制計(jì)算機(jī)之前采集來(lái)自一組智能節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。同樣，從中央監(jiān)視和控制計(jì)算機(jī)接收的命令可任選地通過(guò)網(wǎng)關(guān)分發(fā)給那組智能節(jié)點(diǎn)。圖2的節(jié)點(diǎn)控制器114通過(guò)若干冗余通信手段中的任一種來(lái)收發(fā)數(shù)據(jù)和命令。一種以上的通信手段可任選地用來(lái)與其它裝備交換數(shù)據(jù)和命令。例如，智能節(jié)點(diǎn)可任選地裝有通過(guò)多條電線164電連接至節(jié)點(diǎn)控制器114的控制和監(jiān)視接口連接器P3 162，以供與其它裝備進(jìn)行有線通信。該智能節(jié)點(diǎn)可任選地包括電力線通信接口(PLC I/F)182，其電連接至節(jié)點(diǎn)控制器114的雙向通信端口，并通過(guò)PLC接口 182內(nèi)所包括的電路系統(tǒng)電耦合至連接器P2 156。還可任選地提供無(wú)線收發(fā)機(jī)(XCVR) 180，以供交換數(shù)據(jù)和命令。該無(wú)線XCVR 180電連接至節(jié)點(diǎn)控制器114上的雙向通信端口，并與例如其它智能節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)關(guān)中的無(wú)線收發(fā)機(jī)的其它無(wú)線收發(fā)機(jī)交換表示數(shù)據(jù)和命令的信號(hào)。在一些情況中，例如當(dāng)網(wǎng)關(guān)不操作時(shí)，智能節(jié)點(diǎn)可任選地通過(guò)與中央監(jiān)視和控制計(jì)算機(jī)的無(wú)線通信交換數(shù)據(jù)和命令。智能節(jié)點(diǎn)100中可包括適于短程通信的無(wú)線收發(fā)機(jī)180，例如藍(lán)牙收發(fā)機(jī)?？蛇x地，可包括用于長(zhǎng)程通信的收發(fā)機(jī)，例如Wifi收發(fā)機(jī)或使用其它無(wú)線通信技術(shù)的收發(fā)機(jī)。圖2中的節(jié)點(diǎn)控制器114監(jiān)視與PV模塊108和智能節(jié)點(diǎn)100的性能相關(guān)的參數(shù)， 并設(shè)置旁路選擇器120的開(kāi)關(guān)狀態(tài)和串聯(lián)-并聯(lián)選擇器& 138的獨(dú)立開(kāi)關(guān)狀態(tài)。由節(jié)點(diǎn)控制器監(jiān)視的參數(shù)的示例包括但不限于由電流測(cè)量電路174測(cè)量的PV模塊108輸出電流、 由電壓測(cè)量電路176測(cè)量的PV模塊108輸出電壓、由一個(gè)或多個(gè)溫度測(cè)量電路178測(cè)量的一個(gè)或多個(gè)PV模塊溫度、PV模塊108的方位角和仰角、第二電力連接器P2 156上的電流和電壓、以及第一電力連接器Pl 102上的電流和電壓。節(jié)點(diǎn)控制器114可任選地配置成檢測(cè) PV模塊108或智能節(jié)點(diǎn)100內(nèi)的電故障狀況、PV模塊108的部分陰影、因PV模塊108上的降水、塵埃或碎片造成的電力的減少、以及因空氣中塵埃、降水或云朵遮掩造成的入射光照的減少。節(jié)點(diǎn)控制器114還可任選地監(jiān)視其它傳感器，諸如用于監(jiān)視PV模塊表面反射率、 入射光強(qiáng)、PV模塊方位角和仰角的傳感器，并且可適于控制致動(dòng)器，諸如用于跟蹤太陽(yáng)位置的方位角和仰角馬達(dá)。電控旁路選擇器120和電控串聯(lián)-并聯(lián)選擇器& 138的開(kāi)關(guān)狀態(tài)確定從PV模塊 108輸出的電流和電壓如何與流經(jīng)第一和第二電力連接器Pl 102和P2 156的電力組合。 如圖2所示，旁路選擇器120和串聯(lián)-并聯(lián)選擇器& 138優(yōu)選是雙刀雙擲(DPDT)電機(jī)中繼器。選擇器(120、138)的任一個(gè)或兩者可選擇性地被固態(tài)中繼器或由分立電子組件制成的固態(tài)開(kāi)關(guān)器件所替換。任一個(gè)選擇器(120、138)可任選地從單個(gè)DPDT電控開(kāi)關(guān)器件變成共享電連接至節(jié)點(diǎn)控制器114的公用控制線的一對(duì)單刀單擲開(kāi)關(guān)器件。參照?qǐng)D2，來(lái)自可配置PV陣列中的其它智能節(jié)點(diǎn)的電力可任選地連接至包括第一端子158和第二端子160的第二電力連接器P2 156上的智能節(jié)點(diǎn)100。P2第一端子158 和P2第二端子160上的電壓和電流根據(jù)旁路選擇器120和串聯(lián)-并聯(lián)選擇器fti 138的選定開(kāi)關(guān)狀態(tài)與從PV模塊108輸出的電壓和電流選擇性地組合，如以下將描述的。P2第一端子158電連接至串聯(lián)-并聯(lián)選擇器fti 138中第一 S-P開(kāi)關(guān)140的并聯(lián)端子144。P2第一端子158進(jìn)一步電連接至串聯(lián)-并聯(lián)選擇器fti 138中第二 S-P開(kāi)關(guān)148的串聯(lián)端子154。 P2第二端子160電連接至第二 S-P開(kāi)關(guān)148的并聯(lián)端子152。第一 S-P開(kāi)關(guān)140的串聯(lián)端子146電連接至旁路選擇器120中的第一旁路開(kāi)關(guān) 122的公用端子128。第一 S-P開(kāi)關(guān)140的公用端子142電連接至旁路選擇器120中的第二旁路開(kāi)關(guān)130的公用端子132。第一 S-P開(kāi)關(guān)140的公用端子142進(jìn)一步電連接至連接器Pl第一端子104。第二 S-P開(kāi)關(guān)148的公用端子150電連接至PV模塊108上的負(fù)端子 112、連接器Pl第二端子106、以及旁路選擇器120中的第一旁路開(kāi)關(guān)122的旁路端子126。繼續(xù)圖2，PV模塊108的正端子110電連接至電流測(cè)量電路174的輸入端。電流測(cè)量電路174的輸出端電連接至旁路選擇器120中的第二旁路開(kāi)關(guān)130的正常端子134。旁路選擇器控制線118將控制信號(hào)從節(jié)點(diǎn)控制器114運(yùn)送至旁路選擇器120的控制輸入端。 旁路選擇器控制線118上的來(lái)自節(jié)點(diǎn)控制器114的第一控制信號(hào)將旁路選擇器120設(shè)置成 “旁路”開(kāi)關(guān)狀態(tài)，在該“旁路”開(kāi)關(guān)狀態(tài)中從第一電力連接器Pl 102的端子上的電壓和電流中排除來(lái)自PV模塊108的輸出?！芭月贰遍_(kāi)關(guān)狀態(tài)在本文中也稱為“B”開(kāi)關(guān)狀態(tài)。旁路選擇器控制線118上的來(lái)自節(jié)點(diǎn)控制器114的第二控制信號(hào)將旁路選擇器120設(shè)置成“正常”開(kāi)關(guān)狀態(tài)，在該“正?！遍_(kāi)關(guān)狀態(tài)中來(lái)自PV模塊108的輸出根據(jù)串聯(lián)-并聯(lián)選擇器fti 138的兩種可選開(kāi)關(guān)狀態(tài)之一與連接器Pl 102的端子上的電壓和電流選擇性地組合?！罢！遍_(kāi)關(guān)狀態(tài)在本文中也稱為“N”開(kāi)關(guān)狀態(tài)。在圖2的示例中，旁路選擇器120中的第一旁路開(kāi)關(guān)122和第二旁路開(kāi)關(guān)130被示為處于“正?！遍_(kāi)關(guān)狀態(tài)。圖2進(jìn)一步將第一旁路開(kāi)關(guān)122的正常端子IM和第二旁路開(kāi)關(guān)130的旁路端子136示為未端接。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，無(wú)源組件可任選地電連接至未端接的端子以減少耦合至電路的噪聲的量。串聯(lián)-并聯(lián)選擇器控制線116將控制信號(hào)從節(jié)點(diǎn)控制器114運(yùn)送至串聯(lián)-并聯(lián)選擇器& 138的控制輸入端。串聯(lián)-并聯(lián)選擇器控制線116上的來(lái)自節(jié)點(diǎn)控制器114的第三控制信號(hào)將串聯(lián)-并聯(lián)選擇器& 138設(shè)置成“串聯(lián)”開(kāi)關(guān)狀態(tài)，該“串聯(lián)”開(kāi)關(guān)狀態(tài)在本文中也稱為“S”開(kāi)關(guān)狀態(tài)。串聯(lián)-并聯(lián)選擇器控制線116上的來(lái)自節(jié)點(diǎn)控制器114的第四控制信號(hào)將串聯(lián)-并聯(lián)選擇器& 138設(shè)置成“并聯(lián)”開(kāi)關(guān)狀態(tài)，該“并聯(lián)”開(kāi)關(guān)狀態(tài)在本文中也稱為“P”開(kāi)關(guān)狀態(tài)。在圖2的示例中，串聯(lián)-并聯(lián)選擇器& 138中的第一 S-P開(kāi)關(guān)140 和第二 S-P開(kāi)關(guān)148被示為處于“串聯(lián)”開(kāi)關(guān)狀態(tài)。圖3示出具有通過(guò)電纜組件166串聯(lián)電連接的整數(shù)數(shù)目“η”個(gè)智能節(jié)點(diǎn)100的可配置PV陣列的示例。如圖3所示，串聯(lián)-并聯(lián)選擇器(13^(1、13^(2、. . . 138 !)被示為處于“S”開(kāi)關(guān)狀態(tài)。在圖3的示例中，“η”數(shù)目個(gè)面板中的所有旁路選擇器120被設(shè)置成“N” 開(kāi)關(guān)狀態(tài)。從PV陣列負(fù)輸出端子170至PV陣列正輸出端子168測(cè)量的來(lái)自PV陣列的輸出電壓Vout是“η”個(gè)智能節(jié)點(diǎn)的輸出電壓之和。在圖3所示的配置中，可配置PV陣列的輸出電壓進(jìn)一步對(duì)應(yīng)于從智能節(jié)點(diǎn)“η”中的連接器Ρ2端子1 158至智能節(jié)點(diǎn)“1”中的連接器Pl端子1 104測(cè)量的PV陣列輸出電壓Vout。在串聯(lián)-并聯(lián)選擇器設(shè)置為“S”狀態(tài)而旁路選擇器120設(shè)置為“B”狀態(tài)的智能節(jié)點(diǎn)的情形中，通過(guò)智能節(jié)點(diǎn)中圍繞PV模塊的第一電力連接器Pl和第二電力連接器P2之間的電路路徑從輸出電壓Vout中排除來(lái)自智能節(jié)點(diǎn)的PV模塊的輸出電壓。圖4示出電連接以形成圖2示例中的可配置PV陣列的“η”個(gè)智能節(jié)點(diǎn)的許多可選電配置之一。在圖4中，整數(shù)數(shù)目“η”個(gè)智能節(jié)點(diǎn)100按并聯(lián)電配置通過(guò)電纜組件166 電互連，其中串聯(lián)-并聯(lián)選擇器(138X1、138X2、... 138 )處于“P”開(kāi)關(guān)狀態(tài)。旁路選擇器 120被示為處于“N”開(kāi)關(guān)狀態(tài)。從PV陣列負(fù)輸出端子170至PV陣列正輸出端子168測(cè)量的來(lái)自可配置PV陣列的輸出電壓Vout等于來(lái)自智能節(jié)點(diǎn)100的任一個(gè)的輸出電壓，所有智能節(jié)點(diǎn)100出于本示例目的具有相等的輸出電壓。在具有不同輸出電壓的智能節(jié)點(diǎn)的情形下，可通過(guò)用于分析并聯(lián)電路的常規(guī)方法來(lái)計(jì)算PV陣列輸出電壓。來(lái)自圖4的可配置PV 陣列示例的輸出電流等于從“η”個(gè)智能節(jié)點(diǎn)的每一個(gè)輸出的電流、智能節(jié)點(diǎn)100 “1”上的連接器Pl的可任選電流輸入、以及智能節(jié)點(diǎn)100 “η”上的連接器Ρ2的可任選電流輸入的算術(shù)和。PV陣列負(fù)輸出端子170可選地電連接至智能節(jié)點(diǎn)100 “η”上的連接器Ρ2端子2 160或智能節(jié)點(diǎn)100 “1”上的連接器Pl端子2 106，如圖4中的虛線連接線所示。PV陣列正輸出端子168可選地電連接至智能節(jié)點(diǎn)100 “1”上的連接器Pl端子1 104或智能節(jié)點(diǎn) 100 “η”上的連接器Ρ2端子1 158，如圖4中的虛線連接線所示。圖5示出包括按串聯(lián)和并聯(lián)電連接的組合連接的3個(gè)智能節(jié)點(diǎn)的可配置PV陣列的示例。在圖5的示例中，智能節(jié)點(diǎn)100 1具有設(shè)置成“P”開(kāi)關(guān)狀態(tài)的串聯(lián)-并聯(lián)選擇器 138 XI。智能節(jié)點(diǎn)100 2中的串聯(lián)-并聯(lián)選擇器138X2處于“S”開(kāi)關(guān)狀態(tài)，而智能節(jié)點(diǎn)1003具有設(shè)置成“S”開(kāi)關(guān)狀態(tài)的串聯(lián)-并聯(lián)選擇器138 X3。在圖5中PV陣列正輸出端子168 與PV陣列負(fù)輸出端子170之間測(cè)量的PV陣列輸出電壓Vout大致是如圖4示例中所示并聯(lián)連接的智能節(jié)點(diǎn)的PV陣列輸出電壓的兩倍。如圖5所配置的PV陣列因此將在比圖4的 PV陣列示例低的光照水平下產(chǎn)生大于或等于逆變器最低輸入電壓的輸出電壓。如在圖5的示例中，在智能節(jié)點(diǎn)之間具有可選串聯(lián)和并聯(lián)連接的可配置PV陣列捕捉電功率，以供在僅并聯(lián)互連的智能節(jié)點(diǎn)在對(duì)于連接至逆變器輸入而言過(guò)低的電壓下輸出功率的條件下輸出至電網(wǎng)。圖6的示例可用來(lái)示出串聯(lián)和并聯(lián)電連接的組合的示例以及由具有12個(gè)智能節(jié)點(diǎn)的可配置PV陣列所生成的相應(yīng)可配置PV陣列輸出電壓。圖6進(jìn)一步示出連接至可配置 PV陣列的一電負(fù)載示例，其中該電負(fù)載具有可隨時(shí)間變化的阻抗，以及適于接收與負(fù)載阻抗相關(guān)的信號(hào)的監(jiān)視和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。該監(jiān)視和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可任選地使用負(fù)載阻抗的值來(lái)選擇可配置PV陣列中的串聯(lián)和并聯(lián)連接的組合，或者可由指定用于此目的的智能節(jié)點(diǎn)來(lái)選擇該組合?？膳渲肞V陣列的任何兩種配置之間的輸出電壓之差對(duì)應(yīng)于PV陣列阻抗之差，如前所述。來(lái)自可配置PV陣列的輸出電壓Vout是在PV陣列正輸出端子168和PV陣列負(fù)輸出端子170的兩端測(cè)量的。智能節(jié)點(diǎn)100 1上的連接器Pl端子1 104電連接至PV陣列正輸出端子168，該P(yáng)V陣列正輸出端子168進(jìn)一步電連接至逆變器172上的第一直流輸入端。 智能節(jié)點(diǎn)100 12上的連接器P2端子1 158電連接至PV陣列負(fù)輸出端子170，該P(yáng)V陣列負(fù)輸出端子170進(jìn)一步電連接至逆變器172上的第二直流輸入端。圖6中以簡(jiǎn)單形式表示的智能節(jié)點(diǎn)100各自包括PV模塊108和串聯(lián)-并聯(lián)選擇器(X1，X2，X3，...，X12)。在圖7的簡(jiǎn)化等效電路中示出的第一可選配置中，圖6示例中的12個(gè)智能節(jié)點(diǎn) (在圖7中由PV模塊108表示)連接成并聯(lián)電路。在正端子110和負(fù)端子112兩端測(cè)量的來(lái)自PV模塊108的輸出電壓由電壓‘ ”表示。對(duì)于圖7的并聯(lián)電配置，與為所有12個(gè)串聯(lián)-并聯(lián)選擇器(Xl-XU)選擇的“P”開(kāi)關(guān)狀態(tài)相對(duì)應(yīng)地，在第一和第二輸出端子(168， 170)兩端測(cè)量的可配置PV陣列的輸出電壓Vout等于‘ ”。表1歸納了圖6-12中的12個(gè)串聯(lián)-并聯(lián)選擇器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。表1.對(duì)應(yīng)于PV陣列輸出電壓Vout的“S”和“P”開(kāi)關(guān)狀態(tài)
圖XlX2X3X4X5X6X7X8X9XlOXllX12Vout6PPPPPPPPPPPPE7PPPPPSPPPPPS2E8PPPSPPPSPPPS3E9PPSPPSPPSPPS4E10PSPSPSPSPSPS6E11SSSSSSSSSSSS12E
圖8-12示出用于圖6示例的更多可選電配置。圖8示出兩個(gè)串聯(lián)組的等效電路圖，其中每一組中并聯(lián)連接有6個(gè)智能節(jié)點(diǎn)。圖8的PV陣列配置的跨第一和第二 PV陣列輸出端子(168，170)兩端的輸出電壓為h E，其中E相關(guān)于圖7定義。PV陣列中的12個(gè)串聯(lián)-并聯(lián)選擇器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)如表1所示。圖9示出三個(gè)串聯(lián)組的等效電路圖，其中每一組中并聯(lián)連接有4個(gè)智能節(jié)點(diǎn)，并且 PV陣列輸出電壓Vout等于3χ Ε。圖10示出四個(gè)串聯(lián)組，其中每一組中并聯(lián)連接有3個(gè)智能節(jié)點(diǎn)，并且PV陣列輸出電壓為虹Ε。圖11所示的配置實(shí)現(xiàn)等于6x E的PV陣列輸出電壓Vout，圖11所示的配置示出6個(gè)串聯(lián)組，每一組具有并聯(lián)連接的2個(gè)智能節(jié)點(diǎn)。最后， 圖12示出具有最大值的PV陣列輸出電壓的配置。在圖12中，所有的12個(gè)智能節(jié)點(diǎn)串聯(lián)連接。圖6-12的示例可被擴(kuò)展至具有數(shù)百個(gè)、甚至數(shù)千個(gè)智能節(jié)點(diǎn)的極大可配置PV陣列。在一些極大可配置PV陣列中，優(yōu)選具有大的最低直流輸入電壓值的逆變器。例如，在本領(lǐng)域中公知的連接至電網(wǎng)的逆變器的一個(gè)示例中，最低直流輸入電壓大致是從單個(gè)智能節(jié)點(diǎn)輸出的電壓的15倍。S卩，至少15個(gè)智能節(jié)點(diǎn)被串聯(lián)電連接以生成大到足以輸入至逆變器的輸出電壓。在這種情形中，可配置PV陣列具有許多串聯(lián)連接的智能節(jié)點(diǎn)串，這些智能節(jié)點(diǎn)串進(jìn)一步彼此并聯(lián)并連接至逆變器的輸入端。本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例適用于極大PV陣列，這些極大PV陣列包括處于并聯(lián)電路的多個(gè)串聯(lián)連接的可配置PV面板串。通過(guò)用串聯(lián)連接的可配置PV面板串替代單個(gè)面板，大陣列中一實(shí)施例的操作可與本文中先前所述的示例中的操作相當(dāng)。例如，圖6-12示例中的在圖中由PV模塊108表示的每個(gè)智能節(jié)點(diǎn)能可任選地被串聯(lián)連接的智能節(jié)點(diǎn)串替代，以建模向具有高最低輸入電壓的逆變器供電的PV陣列中極大數(shù)目智能節(jié)點(diǎn)的行為。如先前示例中所述的適于連接至其它智能節(jié)點(diǎn)的智能節(jié)點(diǎn)之間的連接可根據(jù)不同的電力傳送目的來(lái)選擇性地配置。圖1方法的變體示例在圖13-16中示出。圖13示出其中電力傳送目的是將可配置PV陣列輸出電壓的值維持在直流至交流逆變器的直流電壓輸入范圍內(nèi)的變體。圖14示出其中電力傳送目的是均衡源阻抗和負(fù)載阻抗的變體，其中源阻抗對(duì)應(yīng)于PV陣列阻抗。圖15-16示出其中電力傳送目的是在MPP操作可配置PV陣列的一方法變體的步驟。圖13示出圖1方法的一變體示例，其中選定電力傳送目的是所生成的PV陣列輸出電壓的幅值大于或等于直流至電流逆變器的最低直流輸入電壓、且小于或等于該逆變器的最高直流輸入電壓。分派給圖13中步驟的數(shù)字標(biāo)記指示圖1中所示的相應(yīng)步驟。圖13 的示例在步驟302開(kāi)始，并繼續(xù)至步驟304，在步驟304中選擇電力傳送方法。這種選擇可通過(guò)例如在作為中央監(jiān)視和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一部分的顯示設(shè)備上向負(fù)責(zé)管理光伏發(fā)電系統(tǒng)的人呈現(xiàn)電力傳送目的的不同選項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在圖13的示例中，來(lái)自圖1的步驟306被示為包括步驟306_1至306_4。在步驟 306-1，計(jì)算PV陣列輸出電壓值的表格。該表格中的每個(gè)條目與來(lái)自可配置PV陣列中的智能節(jié)點(diǎn)之間的串聯(lián)和并聯(lián)電連接的選定組合的輸出電壓相關(guān)。在步驟306-2，獲得針對(duì)直流至交流逆變器輸入電壓的最小值和最大值的值。該最小和最大輸入電壓值一起限定逆變器的直流輸入電壓范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，當(dāng)輸入至逆變器的電功率的電壓值在逆變器的指定直流輸入電壓范圍內(nèi)時(shí)，逆變器輸出指定電壓范圍內(nèi)的交流電壓。如果輸入電壓在指定輸入范圍之外，則將接收電力的電負(fù)載與逆變器輸出端斷開(kāi)可能是必要的。例如，當(dāng)入射到PV 陣列上的光照的量因太陽(yáng)的日間移動(dòng)而減少時(shí)，來(lái)自PV陣列的輸出電壓最終將降至低于逆變器的最低輸入電壓。從陣列輸出的后續(xù)電力被浪費(fèi)，直至光照能級(jí)增大到足以產(chǎn)生具有足夠的電壓幅值的功率，以向逆變器供電?？膳渲肞V陣列因此可通過(guò)重新配置智能節(jié)點(diǎn)之間的串聯(lián)和并聯(lián)電連接以增大來(lái)自陣列的輸出電壓的幅值，來(lái)捕捉否則將被本領(lǐng)域已知的PV陣列浪費(fèi)掉的電力。繼續(xù)圖13，在步驟306-3，為可配置PV陣列選擇基線配置。圖13示例中的基線配置對(duì)應(yīng)于具有在步驟306-1中確定的、且在逆變器的直流輸入電壓范圍內(nèi)的輸出電壓的配置。在步驟306-4，步驟306-1中所計(jì)算的值的表格被可任選地標(biāo)準(zhǔn)化為來(lái)自基線配置的輸出的值。標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)于快速選擇與PV陣列輸出電壓的變化量相關(guān)的新PV陣列配置是有用的。本文中所述的方法變體中的標(biāo)準(zhǔn)化和其它計(jì)算可選地由中央監(jiān)視和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、 或指定用于該目的的智能節(jié)點(diǎn)執(zhí)行。在步驟308，智能節(jié)點(diǎn)陣列被切換成串聯(lián)和并聯(lián)連接的選定組合。在步驟310，再次測(cè)量可配置PV陣列的輸出電壓，并計(jì)算與先前測(cè)量值的改變量。在步驟312，輸出電壓的改變量與逆變器輸入范圍的最小和最大值作比較。如果輸出電壓的新值在逆變器輸入范圍之外，則選擇新的PV陣列配置以將輸出電壓恢復(fù)至逆變器輸入范圍內(nèi)的值。在步驟314，可配置PV陣列中的智能節(jié)點(diǎn)被切換成新的選定配置。如果相反步驟310的電壓仍然在逆變器輸入范圍內(nèi)，則步驟312返回至步驟310，而不改變PV陣列配置。圖13所示的方法是有效的，直至可配置PV陣列中的所有智能節(jié)點(diǎn)被串聯(lián)連接。在圖14中，電力傳送目的的另一示例是均衡源(即可配置PV陣列)阻抗和電負(fù)載阻抗。圖14所示的方法變體中的電力傳送目的與以下工程設(shè)計(jì)原則相關(guān)當(dāng)電負(fù)載的阻抗和電源的阻抗相等時(shí)，最大量的電功率可從例如光伏陣列的電源傳送至例如AC負(fù)載和向AC負(fù)載供電的直流至交流逆變器的組合的電負(fù)載。一般而言，阻抗Z與電阻R和頻率口的關(guān)系符合方程(1)中的公知關(guān)系Z = R+i □ (1)對(duì)于智能節(jié)點(diǎn)中的光伏電池，方程(1)中的實(shí)項(xiàng)(R)占主導(dǎo)，而虛項(xiàng)(i □)可忽略。智能節(jié)點(diǎn)中的PV模塊的阻抗Z因此可由智能節(jié)點(diǎn)中的PV電池的組合電阻近似，該組合電阻可使用歐姆定律和從智能節(jié)點(diǎn)輸出的直流功率的電流輸出和電壓輸出的測(cè)量值確定。 具有許多互連智能節(jié)點(diǎn)的PV陣列的阻抗Z可類似地通過(guò)歐姆定律、使用來(lái)自陣列的輸出電壓E和來(lái)自陣列的輸出電流I的值如方程⑵那樣地得出Z ^ R = E/I (2)對(duì)于選定值的電流I，使得PV陣列阻抗與負(fù)載阻抗相匹配的PV陣列的阻抗的變化與PV陣列的輸出電壓E的變化相關(guān)。作為示例，圖7-12各自標(biāo)示出針對(duì)所示的每個(gè)串聯(lián)-并聯(lián)配置，相關(guān)于圖7中PV陣列(并聯(lián)連接的12個(gè)PV面板)的阻抗，按方程2確定的阻抗值“&”。^ 之值的范圍為從圖7的& = 1到圖12中的& = 12。因此，用于調(diào)節(jié) PV陣列阻抗的方法基于選擇PV陣列中智能節(jié)點(diǎn)之間的串聯(lián)和并聯(lián)連接的組合，該組合導(dǎo)致PV陣列輸出電壓的離散變化幅度在從PV陣列接收電力的電負(fù)載的阻抗的變化幅度的可預(yù)測(cè)最大誤差范圍內(nèi)。
圖14示出圖1所示方法的一變體。分派給圖14中步驟的數(shù)字標(biāo)記指示圖1中所示的相應(yīng)步驟。在圖14中，根據(jù)本發(fā)明的方法示例在步驟302開(kāi)始。接著，在步驟304，選擇電力傳送目的。圖13示例中所示的電力傳送目的是均衡源阻抗(即PV陣列阻抗)與負(fù)載阻抗。接著，在步驟306-1至306-4，與電力傳送目的相關(guān)的參數(shù)被賦值。在步驟306_1， 計(jì)算輸出電壓中離散變化值的表格。輸出電壓的離散變化對(duì)應(yīng)于可為可配置PV陣列選擇的PV陣列阻抗的離散變化。表2列示PV陣列阻抗的一些離散階段，其與如前所述的PV陣列輸出電壓中的一些離散階段相關(guān)，其可由具有96個(gè)智能節(jié)點(diǎn)的可配置PV陣列示例生成。表2示出可由安排成“J”組智能節(jié)點(diǎn)的96個(gè)智能節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的串聯(lián)-并聯(lián)電路的排列，其中每一組具有“K” 個(gè)并聯(lián)的智能節(jié)點(diǎn)，并且“J”個(gè)組串聯(lián)電連接。表2中的量V指來(lái)自一個(gè)智能節(jié)點(diǎn)的輸出電壓。出于本示例的目的，對(duì)于可配置PV陣列的所有智能節(jié)點(diǎn)而言V都相同。表2.來(lái)自具有96個(gè)智能節(jié)點(diǎn)的可配置PV陣列示例的輸出電壓的離散階段
權(quán)利要求
1.一種用于配置光伏陣列中的智能節(jié)點(diǎn)之間的電連接的方法，包括選擇電力傳送目的；向與所述電力傳送目的相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)分配值；按根據(jù)所述電力傳送目的和所述參數(shù)值選擇的串聯(lián)和并聯(lián)電路的第一組合連接所述智能節(jié)點(diǎn)；以及測(cè)量與所述電力傳送目的相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的變化量。
2.如權(quán)利要求1所述的用于配置光伏陣列中的智能節(jié)點(diǎn)之間的電連接的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括確定所測(cè)得的與所述電力傳送目的相關(guān)的參數(shù)的變化量是否關(guān)聯(lián)于光伏陣列配置的變化；以及按根據(jù)所述電力傳送目的和所測(cè)得的參數(shù)變化量選擇的串聯(lián)和并聯(lián)電路的新組合來(lái)連接智能節(jié)點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求2所述的用于配置光伏陣列中的智能節(jié)點(diǎn)之間的電連接的方法，其特征在于，選擇電力傳送目的的步驟進(jìn)一步包括選擇從所述光伏陣列輸出在逆變器的輸入電壓范圍內(nèi)的電壓的目的。
4.如權(quán)利要求3所述的用于配置光伏陣列中的智能節(jié)點(diǎn)之間的電連接的方法，其特征在于，向與所述電力傳送目的相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)分配值的步驟進(jìn)一步包括計(jì)算與可配置光伏陣列中的智能節(jié)點(diǎn)之間的串聯(lián)和并聯(lián)連接的選定組合相關(guān)的光伏陣列輸出電壓值的表格的步驟。
5.如權(quán)利要求4所述的用于配置光伏陣列中的智能節(jié)點(diǎn)之間的電連接的方法，其特征在于，向與所述電力傳送目的相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)分配值的步驟進(jìn)一步包括以下步驟獲取逆變器的輸入電壓范圍的值；以及為與其輸出電壓在所述逆變器的輸入電壓范圍內(nèi)的串聯(lián)和并聯(lián)電路的組合相對(duì)應(yīng)的光伏陣列選擇基線配置。
6.如權(quán)利要求5所述的用于配置光伏陣列中的智能節(jié)點(diǎn)之間的電連接的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將光伏陣列輸出電壓值的表格標(biāo)準(zhǔn)化成選定基線配置的輸出電壓值的步馬聚ο
7.如權(quán)利要求2所述的用于配置光伏陣列中的智能節(jié)點(diǎn)之間的電連接的方法，其特征在于，選擇電力傳送目的的步驟進(jìn)一步包括選擇均衡光伏陣列阻抗和負(fù)載阻抗的目的。
8.如權(quán)利要求7所述的用于配置光伏陣列中的智能節(jié)點(diǎn)之間的電連接的方法，其特征在于，向與所述電力傳送目的相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)分配值的步驟進(jìn)一步包括計(jì)算可配置光伏陣列中智能節(jié)點(diǎn)之間的串聯(lián)和并聯(lián)連接的選定組合的阻抗的值。
9.如權(quán)利要求8所述的用于配置光伏陣列中的智能節(jié)點(diǎn)之間的電連接的方法，其特征在于，向與所述電力傳送目的相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)分配值的步驟進(jìn)一步包括以下步驟獲取負(fù)載阻抗的值；以及為與其所計(jì)算的阻抗值比為其它組合計(jì)算的阻抗值更接近負(fù)載阻抗值的串聯(lián)和并聯(lián)電路的組合相對(duì)應(yīng)的光伏陣列選擇基線配置。
10.如權(quán)利要求9所述的用于配置光伏陣列中的智能節(jié)點(diǎn)之間的電連接的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將所計(jì)算的阻抗值標(biāo)準(zhǔn)化為選定基線配置的阻抗值的步驟。
11.如權(quán)利要求2所述的用于配置光伏陣列中的智能節(jié)點(diǎn)之間的電連接的方法，其特征在于，選擇電力傳送目的的步驟進(jìn)一步包括選擇在最大功率點(diǎn)從光伏陣列輸出電力的目的。
12.如權(quán)利要求11所述的用于配置光伏陣列中的智能節(jié)點(diǎn)之間的電連接的方法，其特征在于，向與所述電力傳送目的相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)分配值的步驟進(jìn)一步包括計(jì)算可配置光伏陣列中的智能節(jié)點(diǎn)之間的串聯(lián)和并聯(lián)電連接的選定組合的光伏陣列輸出電壓的值。
13.如權(quán)利要求12所述的用于配置光伏陣列中的智能節(jié)點(diǎn)之間的電連接的方法，其特征在于，向與所述電力傳送目的相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)分配值的步驟進(jìn)一步包括分配光伏陣列輸出電流的目標(biāo)值的步驟。
14.如權(quán)利要求13所述的用于配置光伏陣列中的智能節(jié)點(diǎn)之間的電連接的方法，其特征在于，向與所述電力傳送目的相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)分配值的步驟進(jìn)一步包括指定入射光照和溫度的基準(zhǔn)條件的步驟。
15.如權(quán)利要求14所述的用于配置光伏陣列中的智能節(jié)點(diǎn)之間的電連接的方法，其特征在于，光伏陣列輸出電流的目標(biāo)值與入射光照和溫度的指定基準(zhǔn)條件相關(guān)。
16.如權(quán)利要求15所述的用于配置光伏陣列中的智能節(jié)點(diǎn)之間的電連接的方法，其特征在于，向與所述電力傳送目的相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)分配值的步驟進(jìn)一步包括以下步驟確定與光伏陣列輸出電流的目標(biāo)值相關(guān)的最大功率點(diǎn)的值；以及確定最大功率點(diǎn)處光伏陣列輸出電壓的值。
17.如權(quán)利要求16所述的用于配置光伏陣列中的智能節(jié)點(diǎn)之間的電連接的方法，其特征在于，向與所述電力傳送目的相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)分配值的步驟進(jìn)一步包括為與其光伏陣列輸出電壓的值比為其它組合計(jì)算的光伏陣列輸出電壓的值更接近最大功率點(diǎn)處的光伏陣列輸出電壓的串聯(lián)和并聯(lián)電路的組合相對(duì)應(yīng)的光伏陣列選擇基線配置的步驟。
18.如權(quán)利要求17所述的用于配置光伏陣列中的智能節(jié)點(diǎn)之間的電連接的方法，其特征在于，向與所述電力傳送目的相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)分配值的步驟進(jìn)一步包括將所計(jì)算的光伏陣列輸出電壓的值標(biāo)準(zhǔn)化為選定基線配置的光伏陣列輸出電壓值的步驟。
19.如權(quán)利要求18所述的用于配置光伏陣列中的智能節(jié)點(diǎn)之間的電連接的方法，其特征在于，測(cè)量與所述電力傳送目的相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的變化量的步驟包括以下步驟測(cè)量光伏陣列輸出電流的新值；確定與光伏陣列輸出電流的新值相關(guān)的新最大功率點(diǎn)的值；以及確定新最大功率點(diǎn)的值處的光伏陣列輸出電壓的新值。
20.如權(quán)利要求19所述的用于配置光伏陣列中的智能節(jié)點(diǎn)之間的電連接的方法，其特征在于，確定所測(cè)得的與所述電力傳送目的相關(guān)的參數(shù)的變化量是否關(guān)聯(lián)于光伏陣列配置的變化的步驟進(jìn)一步包括以下步驟確定最大功率點(diǎn)的值的變化幅度；以及確定最大功率點(diǎn)的值的變化幅度是否與另一光伏陣列配置相關(guān)聯(lián)。
全文摘要
一種用于控制來(lái)自光伏陣列的輸出的方法包括響應(yīng)于與選定電力傳送目的相關(guān)的參數(shù)變化，改變陣列中光伏面板之間的電連接。電力傳送目的的示例包括使陣列阻抗與電負(fù)載阻抗的變化相匹配，在最大功率點(diǎn)值輸出功率，以及在溫度、光照或影響光伏面板輸出的其它參數(shù)變化期間將陣列輸出電壓維持在逆變器的輸入電壓范圍內(nèi)。適于與其它光伏面板可重新配置地電連接的光伏面板稱為智能節(jié)點(diǎn)，這些智能節(jié)點(diǎn)以根據(jù)與選定電力傳送目的相關(guān)的參數(shù)的測(cè)量值和計(jì)算值所選擇的串聯(lián)和并聯(lián)電路的組合根據(jù)所揭示方法來(lái)電互連。根據(jù)所揭示方法操作的光伏陣列可快速地重新配置以適應(yīng)測(cè)量參數(shù)的變化或從一個(gè)電力傳送目的向另一電力傳送目的的轉(zhuǎn)變。
文檔編號(hào)H01L31/042GK102362359SQ200980158389
公開(kāi)日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月30日
發(fā)明者竹原亨, 高田紳一 申請(qǐng)人:佩斯科股份有限公司