本文研究内容来源于山西省科技重大专项项目“中低压直流配电网关键技术（20181102028）”子课题5“中低压交直流配用电系统计量和保护关键技术研究及设备研制”和国网山西省电力公司科技项目“中低压直流配电网调控、保护和安全用电关键技术及应用（520530200014）”。柔性直流配电系统具有换流环节少、控制灵活、运行损耗低、系统可靠性高、传输容量大、供电质量好、有利于光伏等清洁能源及直流负荷灵活高效接入的优点,直流配电网在未来直流技术和配电系统的发展中具有广阔的前景。然而,由于直流配电网包含大量电力电子器件,整个直流系统所固有的低惯性、弱阻尼特性,导致系统故障电流大,故障过程发展极快,再考虑到电力电子装置的耐受冲击能力弱,系统中的保护装置必须在2～5ms内快速识别故障,并有选择性地切除,防止事故扩展和设备受损,为电力系统的安全、可靠运行提供一个良好的前提。因此,直流配电网的保护技术研究仍是亟待解决的技术难题。本文以直流配电网为研究对象,基于柔性直流配电线路故障特征分析开展保护方案研究。首先,详细分析了柔性直流配电网拓扑在供电可靠性、经济性等方面的特点。通过建立等效数学模型对模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）及双主动全桥（dual active bridge,DAB）直流变压器的运行原理及控制方式进行了研究。在实时数字仿真器（real time digital system,RTDS）中搭建了相应的中低压柔性直流配电网模型并对模型的正确性进行了仿真验证,为后面详细分析系统直流侧的故障暂态特性及针对性地研究其保护方案奠定了基础。其次,从理论角度对柔性直流配电网线路上发生接地及短路故障时的故障暂态特性进行详细分析,得出了适合保护分析的相关电气量的变化特征。接着,针对直流侧单极接地故障时,故障极对非故障极会产生影响的问题,构造零模电流量,利用提取的故障暂态零模电流特征量在故障线路与非故障线路之间的差异,提出了一种基于零模电流相关性系数的单极接地保护方案。详细分析论证了本方案的实现原理、工作流程及影响因素。结合仿真实验对所提保护方案在不同影响因素下的有效性进行了验证。仿真结果表明所提出的单极接地保护方案耐受过渡电阻、传输延时、信号噪声的能力较强,保护的性能不受影响,保护能准确识别故障线路,同时在交流侧发生接地故障的情况下,直流侧保护不会误动。最后,针对直流侧双极短路故障时短路电流大,换流器闭锁会降低短路电流幅值但同时导致故障信息量减少的问题,利用换流器闭锁之前线路两侧电流特性在故障线路与非故障线路之间的差异,提出了一种基于故障电流曲线积分比的双极短路保护方案。详细分析论证了本方案的实现原理、工作流程及影响因素。结合仿真实验对所提保护方案在不同影响因素下的有效性进行了验证,仿真结果表明本文所提出的保护方案耐受过渡电阻、传输延时、信号噪声的能力较强,保护的性能不受影响,保护能快速识别故障线路,同时在直流母线故障及交流侧发生接地故障的情况下,不会对保护产生任何影响,保护可靠不动作。