近年来,大型光伏电站得到迅速发展,成为我国光伏发电的主要发展形式之一。大型光伏电站内数以千计的光伏发电单元经电缆、架空线两级汇集后送至升压站,造成站内汇集系统较复杂。站内发生故障后,汇集线路保护若出现不完全配合的动作情况,将跳开非故障支路,造成断电范围扩大。而站内线路保护动作直接切除整条分支线路,无法精确到故障位置,造成故障后系统恢复时间较长,影响光伏电站的并网发电效率。因此,亟需对大型光伏电站内汇集线路保护和故障定位问题展开研究。掌握站内光伏故障特性是研究站内汇集线路保护的前提,对此建立了光伏发电单元详细模型,揭示了不同故障穿越控制策略下的故障特性变化规律。计及光伏电池板的故障响应特性,理论推导出了适用不同控制策略的故障电流统一计算式,揭示了站内汇集系统的故障电流特征。根据现场试验数据,验证了故障电流分析和仿真模型的正确性。在站内故障特性分析基础上,分析了汇集线路现有电流差动保护和电流保护性能,揭示了光伏弱电源特性会降低架空线电流差动保护灵敏度,且现有电流保护存在误动、拒动的情况。为解决现有电流保护不完全配合以及故障与非故障线路难以区分的问题,结合站内光伏系统可提供稳定工频故障电流的特点,提出了汇集架空线光伏侧工频距离保护方案,并验证所提保护方案在不同故障工况下能有效隔离架空线路上故障。为确保故障隔离后能够及时恢复站内正常发电,提出了一种准确定位到最小故障区段的算法。该算法利用站内光伏不提供负序电流的故障特征,将压缩感知算法与欠定的负序节点电压方程结合,通过求解节点注入电流向量定位故障节点。验证了所提算法利用少量测点的非同步数据,即可有效定位故障节点,且不受故障类型、过渡电阻等因素影响。该算法与站内保护相结合,最终实现故障快速清除,为系统快速恢复提供前提保障。