张北柔性直流电网示范工程是世界上电压等级最高的工程,也是首个采用直流断路隔离故障的直流电网工程。直流断路器应用造成电网故障特征重叠,增加故障辨识难度,对故障保护要求更高。同时,直流电网故障机制与传统柔性直流系统不同,直流断路器应用导致系统电磁暂态特性发生根本变化,需要揭示新结构下直流断路器开断直流电网故障的电压演变机制,掌握直流断路器与系统间的电磁暂态交互特性。针对张北柔性直流电网工程新特征,本文分析高压柔性直流电网短路故障电磁暂态特性,提出柔性直流故障防护策略,为直流电网的安全运行提供理论支撑。论文的主要研究工作及成果如下:①四端柔性直流电网电磁暂态分析模型。分析了不同拓扑结构混合式直流断路器开断故障时的电磁暂态特性,揭示了直流断路器开断本征特性,提出了混合式直流断路器电磁暂态通用仿真模型。依据张北柔性直流电网工程参数,对换流站内关键电气设备进行精确建模,建立了四端柔性直流电网电磁暂态分析模型。②柔性直流电网短路故障电磁暂态特性分析。分析了双极柔性直流输电系统短路的物理发展过程,建立了电网络分析模型,揭示了短路电流在大时间常数-小时间尺度约束下的快速上升特性。运用回路分析法建立四端柔性直流电网状态方程,揭示直流侧短路故障暂态电流承载回路的演变规律,得到柔性直流电网短路故障暂态过电压产生和传播机制。③柔性直流电网快速准确故障辨识方法。针对直流断路器应用造成的电网故障特征重叠的辨识难题,提取了基于线路电抗器边界效应的电压变化率和基于移动平均算法的故障电流特征量,提出架空线路柔性直流电网的快速准确故障辨识方法,避免了因为线路耦合效应造成的故障误判和直流断路器误动作,研究结果表明所提出的故障辨识方法满足含直流断路器的柔性直流电网故障保护要求。④直流断路器操作过电压演变规律分析与绝缘配合研究。研究了直流断路器开断特性,深入分析了直流断路器动作对过电压特性的影响机制,揭示了直流开断过程中断路器能量耗散支路构建的反向电压是柔性直流电网操作过电压的重要因素,得到了含直流断路器的柔性直流电网短路故障电磁暂态时间和空间演变规律,通过全面解析典型故障直流断路器操作过电压水平空间分布特性,提出了四端柔性直流电网绝缘配合方案。