1、光伏直流发电系统原理
太阳能电池组件是通过光伏效应将太阳能直接转化为直流电能的组件，是光伏电站的核心组件。太阳能电池组件通过合理连接形成电站所需的太阳能电池方阵，并与逆变器形成直流发电单元。大型光伏并网电站由多个光伏发电单元系统组成，每个发电单元为1MWP。直流发电系统是指从太阳能电池方阵到逆变器直流侧的电气系统，包括太阳能电池组件、汇流箱、直流配电柜和逆变器。
2、分层分区光伏电站控保配置思路
控制和保护是保证光伏电站安全稳定运行的两种重要手段。系统的干扰可分为小干扰和大干扰。小干扰通常是系统在稳定运行状态点附近的小范围波动。造成小干扰的主要外部因素包括太阳辐射强度、温度、负荷或线路参数的波动，以及运行环境变化引起的设备内部元件的温度漂移；小干扰通常可以通过系统的控制环节来抑制和消除。当控制系统参数稳定时，系统通常受到小干扰的影响而不稳定。大干扰通常是破坏系统稳定运行状态的内外干扰，通常包括严重的内外故障；当发生大干扰时，采用控制系统的紧急控制手段，如紧急无功功率控制和紧急限流控制，以稳定干扰。当应急控制手段不能维持系统的正常运行时，系统的内外功率将继续恶化，从而引起保护动作，确保系统的可靠、安全、稳定运行。
配置大型光伏电站控制保护方案时，应按照分层分区的思路进行配置。在分区配置中，系统应分为多个运行单元，不同的单元应能够独立运行，使部分运行单元出现故障时，可以断开连接，其他运行单元也可以正常运行。在分层配置方面，应根据系统的分层关系划分不同的层次，可根据电站级、机组级、设备级、部件级的分层关系进行配置。首先，通过控制变流器，重点提高变流器的可靠性和稳定性，提高整个系统的稳定性。其次，应充分考虑系统中各设备和路线的大干扰保护，包括发电机组的保护。最后，要有效监控各部件的实际运行状况和稳定性，将分级监控与分级调整相结合。
3、光伏电站保护配置方案
3.1汇流箱保护
光伏发电技术是利用半导体界面的光伏效应将光能直接转化为电能的技术。单个光伏电池是光伏部件中最小的结构单元，电压约为0.5伏。为了获得并网电压，多个光伏电池串并联形成光伏组件；多个光伏组件并联到汇流箱中，形成电流。结合汇流箱的汇流特点，汇流箱内各单元应配备熔断器，汇流箱后面配置直流断路器。如图1所示，基本保护配置如下：
3.1.1逆功率保护
多路光伏阵列电流流入汇流箱后，形成大电流。当设备中存在电流回流时，逆功率保护可以有效地防止大电流流入光伏组件，然后损坏部件。
3.1.2过流保护
当设备出现外部故障时，直流断路器断开，能在一定程度上有效保护光伏模块。
3.1.3电涌保护
当光伏发电系统受到雷击或其他动作时，设备会产生剧烈的脉冲。因此，电涌保护器又称避雷器，可以在一定程度上保护设备免受电涌的损坏。汇流箱保护的保护配置方法很多，但应配备上述基本保护。在应用过程中，可根据具体设备的需要配置相应的保护。
3.2换流器保护
3.2.1变流器基本保护
DC/DC和DC/AC两种换流器，要想发挥其最大功能，就需要保证IGBT等电力电子元件的正常工作。然而，由于电子元件在应用过程中容易受到过流和过压条件的影响，特别是极限的限制，逆变器在耐过流和耐过压极限的影响下不能长期异常运行，对交直流侧的电压和电流水平有较高的要求。基于此，可采取以下基本保护措施：（1）过压和欠压保护。当变流器承受过电压时，会严重导致部件老化，严重时电流会击穿电子设备，导致设备短路等故障。而欠压也会导致换流器输出电压不稳定。因此，要保证换流器的正常运行，不仅要保护过电压，还要保护欠压，保证换流器的工作效果，延长换流器的使用寿命。(2)过电流保护。一旦发生故障，将导致换流器功率的快速增加，同时增加换流器损坏的可能性，难以保证换流器的正常运行，降低换流器的使用寿命。在此基础上，要合理采用过电流保护，保证换流器的正常运行，有效促进换流器的使用和使用寿命的延长。(3)过热保护。温度是转炉正常工作的重要指标温度，设备温度会使转换器部件损耗。通过科学设置冷却装置，对换流器进行合理的过热保护，不仅可以保证变频器在使用中能够保持在正常温度范围内，还可以保证换流器能够正常运行的环境和条件。
3.2.2DC/DC升压换流器保护
DC/DC升压换流器在光伏电站直流升压采集接入系统中承担着重要任务，其中DC/DC升压换流器的高升压比直接决定了整个系统的可靠运行。目前，在DC/DC升压换流器的应用中，为了保证高升压比，可以科学选择隔离DC/DC升压换流器。在传统电力变压器的基础上，大大降低了谐波、直流偏磁等因素的影响。因此，DC/DC升压换流器的保护不仅要进行过压保护和过流保护，还要积极采取以下保护措施:(1)在换流变压器的保护中，差动保护是主要的保护措施，其工作原理与传统变压器一致。(2)过度励磁保护。励磁电流的变化会严重影响变压器的运行状态，尤其是励磁电流过大，可能导致温升和振动等问题。因此，要保证换流变压器的正常生产，就要积极采用过度励磁保护作为后备保护手段。
3.2.3DC/AC换流器保护
并网内，DC/AC换流器直接与DC和交流设备连接，然后控制电网工作。所以，DC/AC换流器除了具备换流器的基本保护外，还需要以下保护措施:(1)频率保护。当大型光伏电站的直流升压与整个系统相连时，如果出现过频，会对系统产生很大的影响，导致系统的安全性和稳定性大大降低，频率保护可以有效防止这种情况的发生。因此，要进一步提高系统的科学性和可靠性，就要积极采取频率保护措施。(2)相序保护。当光伏电站的直流升压接入实际系统时，相序应与电网系统保持统一，相序保护可以保证相序的一致性，避免并网失败。(3)防孤岛保护。如果大型光伏电站的直流升压收集接入系统在发生故障后仍向电网供电，就会产生孤岛效应。孤岛效应的出现会威胁到电网运行的安全性和稳定性。如果对孤岛进行防护，可以在孤岛效应出现时及时断开收集接入系统和电网，停止供电，保证电网的安全稳定运行。
3.3直流侧短路保护
3.3.太阳能电池串单极接地接地
直流系统实际上不接地，所以单极接地不会产生电流。因此，汇流箱中的直流断路器、熔断器和配电箱中的直流断路器不会工作，但逆变器会报告系统故障，然后停止工作。
3.3.太阳能电池组串正负极短路
如果电缆桥架箱密封松动，电缆被老鼠咬伤或施工造成电缆绝缘层损坏，可能导致正负极短路。熔断器的熔断电流较小，所以当高电流流过时，汇流箱中的熔断器会熔断，但由于额定值较大，直流断路器不会被触发。这导致如果存在接地串的短路电流，就会有电弧。一旦与其他串烧结，就会引起一系列短路，串的熔断器就会相继熔断。综上所述，当系统有光时，设备总是有短路点，串电缆会受到短路等原因的影响，使设备温度过高，进而引起火灾。
