1、光伏直流發(fā)電系統(tǒng)原理
太陽能電池組件是通過光伏效應將太陽能直接轉化為直流電能的組件，是光伏電站的核心組件。太陽能電池組件通過合理連接形成電站所需的太陽能電池方陣，并與逆變器形成直流發(fā)電單元。大型光伏并網電站由多個光伏發(fā)電單元系統(tǒng)組成，每個發(fā)電單元為1MWP。直流發(fā)電系統(tǒng)是指從太陽能電池方陣到逆變器直流側的電氣系統(tǒng)，包括太陽能電池組件、匯流箱、直流配電柜和逆變器。
2、分層分區(qū)光伏電站控保配置思路
控制和保護是保證光伏電站安全穩(wěn)定運行的兩種重要手段。系統(tǒng)的干擾可分為小干擾和大干擾。小干擾通常是系統(tǒng)在穩(wěn)定運行狀態(tài)點附近的小范圍波動。造成小干擾的主要外部因素包括太陽輻射強度、溫度、負荷或線路參數的波動，以及運行環(huán)境變化引起的設備內部元件的溫度漂移；小干擾通?？梢酝ㄟ^系統(tǒng)的控制環(huán)節(jié)來抑制和消除。當控制系統(tǒng)參數穩(wěn)定時，系統(tǒng)通常受到小干擾的影響而不穩(wěn)定。大干擾通常是破壞系統(tǒng)穩(wěn)定運行狀態(tài)的內外干擾，通常包括嚴重的內外故障；當發(fā)生大干擾時，采用控制系統(tǒng)的緊急控制手段，如緊急無功功率控制和緊急限流控制，以穩(wěn)定干擾。當應急控制手段不能維持系統(tǒng)的正常運行時，系統(tǒng)的內外功率將繼續(xù)惡化，從而引起保護動作，確保系統(tǒng)的可靠、安全、穩(wěn)定運行。
配置大型光伏電站控制保護方案時，應按照分層分區(qū)的思路進行配置。在分區(qū)配置中，系統(tǒng)應分為多個運行單元，不同的單元應能夠獨立運行，使部分運行單元出現故障時，可以斷開連接，其他運行單元也可以正常運行。在分層配置方面，應根據系統(tǒng)的分層關系劃分不同的層次，可根據電站級、機組級、設備級、部件級的分層關系進行配置。首先，通過控制變流器，重點提高變流器的可靠性和穩(wěn)定性，提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其次，應充分考慮系統(tǒng)中各設備和路線的大干擾保護，包括發(fā)電機組的保護。最后，要有效監(jiān)控各部件的實際運行狀況和穩(wěn)定性，將分級監(jiān)控與分級調整相結合。
3、光伏電站保護配置方案
3.1匯流箱保護
光伏發(fā)電技術是利用半導體界面的光伏效應將光能直接轉化為電能的技術。單個光伏電池是光伏部件中最小的結構單元，電壓約為0.5伏。為了獲得并網電壓，多個光伏電池串并聯形成光伏組件；多個光伏組件并聯到匯流箱中，形成電流。結合匯流箱的匯流特點，匯流箱內各單元應配備熔斷器，匯流箱后面配置直流斷路器。如圖1所示，基本保護配置如下：
3.1.1逆功率保護
多路光伏陣列電流流入匯流箱后，形成大電流。當設備中存在電流回流時，逆功率保護可以有效地防止大電流流入光伏組件，然后損壞部件。
3.1.2過流保護
當設備出現外部故障時，直流斷路器斷開，能在一定程度上有效保護光伏模塊。
3.1.3電涌保護
當光伏發(fā)電系統(tǒng)受到雷擊或其他動作時，設備會產生劇烈的脈沖。因此，電涌保護器又稱避雷器，可以在一定程度上保護設備免受電涌的損壞。匯流箱保護的保護配置方法很多，但應配備上述基本保護。在應用過程中，可根據具體設備的需要配置相應的保護。
3.2換流器保護
3.2.1變流器基本保護
DC/DC和DC/AC兩種換流器，要想發(fā)揮其最大功能，就需要保證IGBT等電力電子元件的正常工作。然而，由于電子元件在應用過程中容易受到過流和過壓條件的影響，特別是極限的限制，逆變器在耐過流和耐過壓極限的影響下不能長期異常運行，對交直流側的電壓和電流水平有較高的要求?；诖耍刹扇∫韵禄颈Ｗo措施：（1）過壓和欠壓保護。當變流器承受過電壓時，會嚴重導致部件老化，嚴重時電流會擊穿電子設備，導致設備短路等故障。而欠壓也會導致換流器輸出電壓不穩(wěn)定。因此，要保證換流器的正常運行，不僅要保護過電壓，還要保護欠壓，保證換流器的工作效果，延長換流器的使用壽命。(2)過電流保護。一旦發(fā)生故障，將導致換流器功率的快速增加，同時增加換流器損壞的可能性，難以保證換流器的正常運行，降低換流器的使用壽命。在此基礎上，要合理采用過電流保護，保證換流器的正常運行，有效促進換流器的使用和使用壽命的延長。(3)過熱保護。溫度是轉爐正常工作的重要指標溫度，設備溫度會使轉換器部件損耗。通過科學設置冷卻裝置，對換流器進行合理的過熱保護，不僅可以保證變頻器在使用中能夠保持在正常溫度范圍內，還可以保證換流器能夠正常運行的環(huán)境和條件。
3.2.2DC/DC升壓換流器保護
DC/DC升壓換流器在光伏電站直流升壓采集接入系統(tǒng)中承擔著重要任務，其中DC/DC升壓換流器的高升壓比直接決定了整個系統(tǒng)的可靠運行。目前，在DC/DC升壓換流器的應用中，為了保證高升壓比，可以科學選擇隔離DC/DC升壓換流器。在傳統(tǒng)電力變壓器的基礎上，大大降低了諧波、直流偏磁等因素的影響。因此，DC/DC升壓換流器的保護不僅要進行過壓保護和過流保護，還要積極采取以下保護措施:(1)在換流變壓器的保護中，差動保護是主要的保護措施，其工作原理與傳統(tǒng)變壓器一致。(2)過度勵磁保護。勵磁電流的變化會嚴重影響變壓器的運行狀態(tài)，尤其是勵磁電流過大，可能導致溫升和振動等問題。因此，要保證換流變壓器的正常生產，就要積極采用過度勵磁保護作為后備保護手段。
3.2.3DC/AC換流器保護
并網內，DC/AC換流器直接與DC和交流設備連接，然后控制電網工作。所以，DC/AC換流器除了具備換流器的基本保護外，還需要以下保護措施:(1)頻率保護。當大型光伏電站的直流升壓與整個系統(tǒng)相連時，如果出現過頻，會對系統(tǒng)產生很大的影響，導致系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性大大降低，頻率保護可以有效防止這種情況的發(fā)生。因此，要進一步提高系統(tǒng)的科學性和可靠性，就要積極采取頻率保護措施。(2)相序保護。當光伏電站的直流升壓接入實際系統(tǒng)時，相序應與電網系統(tǒng)保持統(tǒng)一，相序保護可以保證相序的一致性，避免并網失敗。(3)防孤島保護。如果大型光伏電站的直流升壓收集接入系統(tǒng)在發(fā)生故障后仍向電網供電，就會產生孤島效應。孤島效應的出現會威脅到電網運行的安全性和穩(wěn)定性。如果對孤島進行防護，可以在孤島效應出現時及時斷開收集接入系統(tǒng)和電網，停止供電，保證電網的安全穩(wěn)定運行。
3.3直流側短路保護
3.3.太陽能電池串單極接地接地
直流系統(tǒng)實際上不接地，所以單極接地不會產生電流。因此，匯流箱中的直流斷路器、熔斷器和配電箱中的直流斷路器不會工作，但逆變器會報告系統(tǒng)故障，然后停止工作。
3.3.太陽能電池組串正負極短路
如果電纜橋架箱密封松動，電纜被老鼠咬傷或施工造成電纜絕緣層損壞，可能導致正負極短路。熔斷器的熔斷電流較小，所以當高電流流過時，匯流箱中的熔斷器會熔斷，但由于額定值較大，直流斷路器不會被觸發(fā)。這導致如果存在接地串的短路電流，就會有電弧。一旦與其他串燒結，就會引起一系列短路，串的熔斷器就會相繼熔斷。綜上所述，當系統(tǒng)有光時，設備總是有短路點，串電纜會受到短路等原因的影響，使設備溫度過高，進而引起火災。
