模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)因其模块化结构、输出电压质量高、谐波含量低及开关损耗低等优势,特别适合于构建高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)系统。近年来,随着电压等级和传输容量的提高,多端柔性直流输电技术被越来越多地应用到实际工程中。国内外学者的研究工作主要集中在拓扑结构和控制策略方面,但是有关其故障特性和保护方法方面还缺乏深入全面的研究。为此,本文针对高压大容量柔性直流输电系统,分析不同故障类型下的电磁暂态特性,提出适用于高压大容量柔性直流电网的故障处理方案,并在PSCAD/EMTDC仿真平台上进行仿真验证。首先,本文介绍了柔性直流输电系统拓扑结构和基本工作原理,包括MMC子模块结构、数学模型以及换流站的主接线方式等内容。以MMC-HVDC系统作为研究对象,从理论分析和仿真验证两个方面对直流侧单极接地故障和双极短路故障暂态特性进行研究。运用相关电路理论,建立故障后柔性直流电网的等效电路,对故障电流及电压进行定性分析及定量计算,揭示不同接线方式下的柔性直流电网直流故障特性及电磁暂态过程。其次,本文依据不同类型直流故障的电磁暂态特性,提出了一种适用于对称双极柔性直流电网的直流输电线路新型保护方法。本保护方法仅利用单端电压突变量和电流突变量实现故障检测、故障类型判定和故障点定位,具有较短的动作时间和较高的可靠性。最后,本文研究了换流站交流接地故障特性和保护方法。详细分析了基于双极结构的多端柔性直流电网换流站交流三相接地故障的暂态特性,推导了故障电流中各组成成分的解析表达式。根据故障暂态特性提出了一种适用于双极拓扑结构和金属回线接地方式的多端柔性直流电网快速保护策略。保护利用换流器桥臂电流识别故障,动作速度快,可靠性高,并具有一定抗过渡电阻能力。