随着可再生能源的应用与系统容量的提升,发输配用电系统中源网荷拓扑方式愈加多样,网络拓扑结构不断变化,电力系统保护体系亟需完善。直流串联电弧故障,作为直流系统中电气火灾的潜在巨大隐患,由于直流电路没有过零点和周期性等特征,导致直流电弧不易熄灭,从而引发电气火灾,危及所在电力网络的安全、可靠与稳定运行。对直流串联电弧故障的诊断与关键技术研究是避免直流系统电气火灾的有效途径,对配用电网络安全运维具有重要意义。根据直流电弧基础理论,分析开关电弧与所在系统的相互作用。引入经典电弧黑盒模型,如Cassie模型、Mayr模型和KEMA模型,基于Simulink对直流用电系统进行低压直流串联电弧故障系统的建模与仿真,并与实验数据进行比对分析,确定Cassie模型为最接近此系统的直流串联电弧模型。并将Cassie模型应用于低压直流仿真系统中,对不同工况下单负载与多负载直流用电系统进行建模与仿真分析,以捕捉串联电弧电压及电流在时域中的变化。以低压住宅直流供电系统为对象,根据UL1699-2008AFCI标准,自主搭建直流串联电弧故障检测平台,进行单负载和多负载不同故障点下直流电弧故障实验研究,建立典型负载下直流电弧故障数据库和直流串联电弧特征库。引入混沌理论的分析方法,基于低压直流电弧故障电流实验研究,定量分析多时空尺度下直流串联电弧混沌特性。研究表明直流串联电弧呈现弱混沌态,即电弧具有一定的随机性,且影响参量具有多元化趋势,以此分析为基础,为直流电弧故障的特征研究提供了先验基础。为研究直流串联电弧的故障特征,实现对直流串联电弧故障的诊断,分别在时域、频域及时频域下对典型负载进行基于故障特征分析,并比对系统正常运行工况与故障电弧特征,提取有效特征值;引入BP神经网络算法,对直流串联电弧故障进行模式识别,实现系统诊断与故障检测;实现了低压用电系统不同工况下多负载串联电弧故障的诊断,诊断准确率达90.38%。