直流输电线路发生故障后，精确的故障定位对迅速排除故障以及防止故障的再次发生具有重要意义。行波测距是高压直流输电系统普遍采用的线路故障定位技术，其精确度主要取决于行波波头检测和行波波速的选择，故障行波的传播特性对测距结果的准确性以及鲁棒性具有重要影响。针对目前直流行波故障测距精确度较低、对运行工况和故障条件适应性差的问题，本文首先从直流行波的解析表达式入手，深入分析了由于色散特性和衰减特性所造成的直流故障行波波头畸变特性和波速的变化特性，并揭示了其对行波测距的影响机理，为提高行波测距的精度提供理论基础。进一步，深入研究了测距系统分辨率、频带限宽、采样率等因素对波速变化特性的影响，给出了在目前硬件条件下故障测距计算中变波速的处理方法。另一方面，通过小波奇异性理论的引入，对故障波头的检测与准确定位展开研究，并评估其对测距精度的影响。在上述研究的基础上，本文提出了基于波速寻优的直流行波故障测距新算法，并以天广参数直流线路为基础，在EMTDC仿真环境下，对新算法在不同运行工况下的整体性能进行仿真分析。仿真结果表明，新算法的测距精度高，且对故障距离具有良好的适应能力，对过渡电阻具有良好的鲁棒性。最后，本文对新算法应用到实际直流工程中所面临的问题进行了全面分析，评估了相关因素对算法测距精度的影响，并给出了相应的解决方案，为所提算法的实际工程应用提供理论指导。