近些年来,随着国家对光伏电站的建设与发展,大型光伏电站汇集并网发电已成光伏并网发电的主要形式,相较于传统的交流汇集并网发电,大规模的光伏阵列并网发电因不存在频率以及同步问题成为一种新型的发展形式。然而由于大型光伏电站直流升压汇集接入系统拓扑的多样性和特殊性,使得其在协调控制、故障识别与保护方面面临诸多挑战,本文就此三个方面展开对光伏电站汇集系统的研究。首先本文就光伏电站汇集系统的各部分组成及相应的控制策略展开分析,首先提出利用改进电导增量法对光伏电池最大功率点进行追踪;采用多个全桥隔离型升压变化器输入并联输出串联的方式提高光伏电站的电压等级与容量;利用均压均流控制策略解决光伏阵列因外界因素导致的输入电流、输出电压不均的问题。针对模块化多电平MMC子模块,提出采用半桥子模块与箝位双子模块混合的拓扑结构,并在MMC控制调制方面提出电流矢量控制法的控制策略与最佳电平逼近的调制策略。最后通过RSCAD/RTDS仿真软件对光伏电站汇集系统整体进行仿真验证,表明所提结构与控制策略的正确性。论文针对光伏电站汇集系统直流侧常见的故障进行展开分析,提出可以利用皮尔逊相关系数对单极接地故障特性进行判定,在此基础上利用直流线路两端的电抗器在单极接地故障线路与非故障线路的暂态电压相关性差异对单极接地故障的线路进行识别;接着表明双极短路故障时故障电流的主要成分及其三种变化状态,并提出利用直流线路两端的电抗器在发生故障时电流方向的不同对双极短路故障进行识别;随后针对汇集系统断线故障进行深入剖析,表明断线故障时的故障特征与故障机理。最后提出基于汇集线路组合功率的故障判别方法,并对直流送出线出现的三种故障进行判别,为系统提出的保护整定判据提供参考。本文最后针对光伏电站汇集系统提出三种保护区的划分,分别就三种保护区提出方向过流保护、差动电流保护以及过电压保护,并针对每一种保护提出不同的整定判据,最后通过仿真验证所提保护及相应的整定判据能满足汇集系统直流故障的快速识别与保护。