相比传统分散逆变式光伏电站,光伏直流升压汇集系统以直流形式汇集站内光伏阵列电能,显著减小汇集电缆损耗,具有更高的能效。然而,由于光伏直流升压汇集系统拓扑结构的特殊性,其在交流故障穿越控制以及系统保护对故障的可靠识别方面遭遇全新挑战,主要表现在以下三个方面:(1)由于中间存在直流变换级,系统在故障穿越期间面临直流母线过压问题;(2)系统自身故障穿越(fault ride-through,FRT)控制策略劣化交流送出线路保护性能,使场站侧距离保护在送出线路发生相间故障时存在拒动风险;(3)当直流故障经一定过渡电阻发生在以串联形式连接的直流变压器汇集端口时,系统故障特征不明显,传统直流保护难以有效识别。针对问题(1)(2),论文分别提出了适应于光伏直流升压汇集系统的协调控制与送出线路主动式保护方案,充分利用了光伏阵列功率-电压(P-V)输出曲线独特的单峰特性,通过在系统故障穿越期间主动调节直流变压器变比,实现了故障穿越期间系统功率的再平衡进而维持直流母线电压的稳定。论文在揭示传统工频量距离保护拒动机理的基础上,通过主动控制并网逆变器向交流电网施加短窗四次谐波扰动且送出线路距离元件以量测谐波阻抗代替工频阻抗避免了系统故障穿越控制策略造成的“弱馈效应”影响,在确保系统平滑进行故障穿越的同时加强了保护对送出线路相间故障的检测能力。论文针对直流变压器汇集端口经一定过渡电阻发生故障时系统故障特征不明显传统直流保护难以可靠识别的问题(3),提出了基于控保协同的无通信直流故障检测方案。在分析直流变压器开关谐波扰动产生机理、推导并网逆变器直流侧谐波阻抗等效模型的基础上,根据系统故障态与非故障态谐波流通路径的差异实现了直流故障的可靠检测与分区定位。