近年来,在电力电子技术快速发展的推动下,直流配电技术取得了长足的进步。相较于传统交流供电系统,低压直流系统传输能力强,电能损耗小,且不需要考虑同步与稳定性问题,有利于分布式电源的接入。基于以上优势,低压直流系统已经成为配电网未来发展的趋势。然而负荷功率不平衡会导致系统正、负极电压出现偏差。为保证正、负极电压平衡,本文以加装电压平衡器的双极性三线制低压直流系统作为研究对象,主要研究内容如下:首先,对低压直流系统的电压等级、网架结构、接线方式、接地方式、保护原理和应用场景等关键技术进行了概述,进而引出本文研究系统——双极性三线制低压直流系统。随后对双极性三线制系统的关键器件电压平衡器的种类、拓扑结构、工作原理和控制策略进行分析。其次,由于低压直流系统在发生高阻接地故障时接地点故障电流较小,故障特征与负荷波动类似,导致高阻接地故障检测困难。因此,本文分析了接地故障与负荷波动的电流规律,提出了一种基于零模电流积分的高阻接地保护原理。通过线路零模电流积分值确定各线路状态,再综合本线路及下级线路状态判定故障线路。该保护原理能够准确区分负荷波动与接地故障,并且能在噪声条件下快速准确识别高阻接地故障。再次,为减少传统单端测距方法中因缺少对端数据而产生的测距误差,本文提出了一种基于电压平衡器的极间故障单端测距方法。该方法根据电容电压变化率的区别,判定极间故障类型。然后按照极间故障类型投入对应的测距电源,并利用对端电压平衡器构成回路进行故障测距。该方法利用中线的耦合,仅通过测量本端电流值,即可准确计算出故障距离,并且具有较强的抗过渡电阻能力。最后,在仿真软件PSCAD/EMTDC中搭建了电压平衡器仿真模型,验证了电压平衡器对系统电压控制效果的有效性。搭建了相应的双极性低压直流系统,验证了所提高阻接地保护原理与单端故障测距方法的有效性。