近年来,光伏发电技术发展迅速、负荷种类日益多样化。光伏直驱变频空调的问世创新性地将空调、储能与光伏结合起来,其构建的发储用于一体的光储直流化系统经济效益明显。但现有的光储直流化系统主要针对直流负载,应用场景单一,且在大功率应用场合下,系统效率不足,经济效益存在一定程度下降。为了更好地推动大功率光伏直驱中央变频空调的规模化应用,亟需提出一种新的光储直流化系统拓扑。本文针对该应用场景,在现有的光储直流化系统基础上兼顾交直流负荷,进一步减少电能变换环节,提出一种高度集成化的源储网荷于一体的三电平光储直流化系统拓扑,针对所提拓扑对系统并网、孤网运行时所面临的多元换流、供需联动以及并网/孤网模式平滑切换等关键技术问题进行深入研究,并提出相应控制策略。本文的主要工作包括:首先,针对现有光储直流化系统存在的不足,提出了三电平光储直流化系统拓扑,并从应用场景、转换效率等方面分析了本拓扑的优越性。建立了系统中所包含的三电平脉宽调制（pulse-width modulation,PWM）变换器、储能单元、光伏阵列和变频空调等主要单元的数学模型,为系统控制策略的研究奠定理论基础。其次,分析了不同工况下三电平光储直流化系统内各单元功率流向,在此基础上分别提出并网及孤网运行时的系统多元换流策略,通过系统内各单元的功率协调,实现源储网荷供需联动控制。孤网运行时,考虑储能电池的荷电状态（State of Charge,SOC）及最大充放电电流限制,提出了一种可自动调节光伏阵列输出功率以达到系统功率平衡的功率跟踪控制策略。另外,为减小并网/孤网模式切换时对交直流母线产生的冲击,提出了并网/孤网平滑切换策略。利用Matlab/Simulink仿真平台建立了系统的详细仿真模型,结合时域仿真验证了所提策略的正确性。最后,研制了500k W三电平PWM变换器样机,并搭建了三电平光储直流化系统实验平台,在完成硬件电路和软件程序设计的基础上,进行了并网及孤网运行实验。同时,对大功率样机的并网电能质量以及转换效率进行了测试,验证了所提策略的正确性以及系统的工程实用性。本文所做工作为三电平光储直流化系统的稳定运行提供了理论依据,所研制的大功率光储变流器系统为光伏直驱变频空调的商业化规模应用奠定了良好的技术基础,进而为推动用户侧降本增效,实现国家双碳战略驱动绿色经济转型贡献力量。