在光伏直流汇流箱中，组串间“抢流”（又称电流失配或并联失配）是导致系统发电损失的关键问题。其本质是并联组串因输出电压差异被迫工作在不同工作点上，造成部分组串输出电流被抑制。以下从原理、影响及解决方案三个维度深度解析电压均衡技术如何破解这一难题：
电气原理
直流汇流箱将多路光伏组串并联接入同一母线。根据电路定律：
并联支路电压相等：组串的正负分别连接至同一正负母排，强制各支路工作电压相同（𝑉busVbus）。
电流独立输出：每路组串输出电流由其I-V特性曲线与系统工作电压的交点决定。
失配诱因
当组串间存在开路电压（𝑉ocVoc）差异时（原因包括）：
| 失配类型 | 典型原因 |
|---|---|
| 辐照度差异 | 云层移动、局部阴影（树木、建筑）、灰尘不均、组件倾角/朝向差异 |
| 温度差异 | 局部通风不良、背板散热不均、积雪覆盖 |
| 组件性能衰减 | PID效应、热斑、隐裂、老化速率不一致 |
| 组串设计差异 | 混用不同品牌/型号组件、串联组件数量不同、线缆长度/阻抗差异 |
“抢流”过程分析
假设两路组串并联：
结果：
组串A：工作在 𝑉bus=32𝑉Vbus=32V（接近 𝑉mp,AVmp,A），输出电流≈峰值电流 𝐼mp,AImp,A。
组串B：其I-V曲线在32V时已进入“截止区”，输出电流趋近于0（远低于 𝐼mp,BImp,B）。
此时组串B的发电潜力被“压制”，系统总功率损失可达组串B额定功率的80%以上。
组串A：理想条件（𝑉oc,A=40𝑉Voc,A=40V，功率点电压 𝑉mp,A=32𝑉Vmp,A=32V）
组串B：阴影遮挡（𝑉oc,B=35𝑉Voc,B=35V，𝑉mp,B=28𝑉Vmp,B=28V）
系统工作点：母线电压 𝑉busVbus 被强制设定在32V（由逆变器MPPT算法或负载决定）
核心思路：打破并联电路的电压强制约束，允许各支路独立工作在自身功率点电压（𝑉mpVmp）。主流技术方案如下：
原理：为每路组串集成DC-DC转换器，实现 “电压解耦” 和 独立MPPT追踪。
关键技术：
动态电压适配：将组串输出电压 𝑉stringVstring 转换为母线所需电压 𝑉busVbus（即使 𝑉string<𝑉busVstring<Vbus 也能升压输出）。
精准MPPT：每个优化器独立追踪所属组串的 𝑉mpVmp，不受其他支路影响。
优势：
消除任何失配导致的损失（阴影、老化、朝向差异等）。
支持复杂屋顶多朝向安装，提升系统设计灵活性。
代表产品： Tigo TS4、SolarEdge Power Optimizer。
局限： 增加单瓦成本（约0.1-0.2元/W），需配合专用逆变器或通信网关。
原理：在每路组串正串联防反二管（Schottky二管），阻断反向电流。
作用：
当某组串输出电压 𝑉string<𝑉busVstring<Vbus 时，二管反向截止，防止该组串成为电流泄放通道（避免“抢流”恶化）。
优势： 成本低（二管单价≈1元/个），安装简单。
局限：
无法提升发电量：仅阻止失配组串拖累正常组串，但失配组串自身功率仍损失。
引入功率损耗：二管正向导通压降（约0.5V）造成持续能量损失（≈1-2%）。
不解决电压失配：组串仍被强制在相同电压工作。
原理：在汇流箱内为每路组串增加可调电阻网络或 DC-DC辅助电路，动态补偿电压差异。
工作逻辑：
监测各支路 𝑉ocVoc 或 𝐼scIsc。
为低压支路注入补偿电压（Δ𝑉ΔV），使其 𝑉output=𝑉busVoutput=Vbus。
优势： 成本低于优化器，可集成至智能汇流箱。
局限： 补偿能力有限（通常<10%），补偿过程自身耗能（效率损失约3-5%）。
一致性原则：
单汇流箱内组串需保证：相同组件型号/数量、相同朝向/倾角、相同线缆规格/长度。
避免混用新旧组件（衰减差>5%的组件禁止并联）。
组串长度优化：
1500V系统推荐串联组件数≥24块（提高 𝑉mpVmp 至700V+），降低电压波动相对值。
实时监测参数：
| 监测项 | 失配诊断依据 |
|---|---|
| 组串电流 𝐼𝑖Ii | 电流偏差>15%判定失配 |
| 组串电压 𝑉𝑖Vi | 电压异常偏低（可能阴影）、偏高（可能开路） |
| 绝缘电阻 𝑅isoRiso | 排除接地故障导致的电压塌陷 |
主动运维：
通过SCADA系统定位低效组串，及时清洗或更换故障组件。
多路MPPT逆变器：
将不同朝向/阴影条件的组串接入独立MPPT通道，避免并联。
全局MPPT算法：
采用“扫描-锁定-扰动观察”组合算法，快速响应辐照突变，减少失配时长。
| 方案 | 发电提升效果 | 成本增加 | 适用场景 | 推荐指数 |
|---|---|---|---|---|
| 组串优化器 | ★★★ (彻底消除) | 高 (+¥0.15/W) | 复杂阴影、多朝向、高端电站 | ★★★ |
| 电压平衡器 | ★★ (部分补偿) | 中 (+¥50/路) | 轻度失配、改造项目 | ★★☆ |
| 防反二管 | ☆ (仅防恶化) | 低 (¥1/路) | 预算有限、失配风险低 | ★☆ |
| 多路MPPT逆变器 | ★★ (通道隔离) | 中 (逆变器差价) | 组串按朝向/阴影分组 | ★★★ |
选型公式：
电站年发电量×失配率×电价×寿命>方案总投入电站年发电量×失配率×电价×寿命>方案总投入
失配损失成本 > 解决方案成本？
即：示例：
10MW电站（年发电1200万kWh），失配率8%，电价0.4元/kWh，寿命25年
损失价值 = 1200×10⁴ × 8% × 0.4 × 25 = 960万元
优化器投入 = 10MW × 0.15元/W = 150万元 → 经济可行！
AI失配预测
基于历史辐照/温度数据训练模型，预判阴影移动路径，动态调整MPPT工作点。
组串动态重构
通过固态继电器矩阵，实时重组组串串联关系（如将6块阴影组件独立串联，避免拖累整串）。
直流微电网架构
采用直流母线架构（电压范围200-800VDC），允许组串在宽电压范围内寻优。
光伏直流汇流箱中的“抢流”本质是电压失配下的电路强制均衡现象。终解决方案在于打破电压枷锁：
高端场景：组串优化器实现每路独立MPPT，彻底解放发电潜力；
经济场景：防反二管+多路MPPT逆变器组合防御；
未来方向：AI动态优化与系统重构。
核心原则：通过精细化设计、智能监测和电力电子调节，让每路组串“在属于自己的电压下自由呼吸”，方能化汇聚光伏能量。
