近年来,直流输电技术凭借其在远距离、大容量输电的独特优势得到了飞速的发展。但直流线路的输电距离长、工作环境复杂,导致直流输电线路故障率较高,严重的影响了电网的安全稳定运行,也给直流输电线路故障行波暂态分析,以及故障的快速、准确的识别和定位提出了较高要求。目前,所应用的高压直流输电线路保护灵敏度低、动作可靠性差的问题长期存在,且无法计及线路行波衰变的影响。而随着特高压直流输电技术和同塔双回直流输电技术的出现,直流输电运行方式更加的多样化,线路排布方式的变换导致直流线路电磁暂态耦合特性更加复杂,这均给直流输电线路行波暂态计算、继电保护和故障测距提出了更加巨大的挑战。因此,本文围绕直流输电线路故障暂态分析,单/双回直流输电线路保护新原理和故障测距新算法方面展开了学位论文工作。主要研究工作及成果如下:(1)针对传统行波计算方法无法计及线路频变特性的问题,提出了一种考虑线路频变特性的高压直流输电线路行波时域传播计算方法。该方法利用矢量拟合法和叠加定理,将受线路受频变特性影响的线路波阻抗、衰减系数和解耦矩阵等效成固定参数的时序矩阵的形式,进而将所提出的时序矩阵应用于行波计算。该方法具有以下优势:1)考虑了线路参数频变的影响;2)解决了同塔双回直流线路不平衡所带来的线路解耦问题;3)所提出的方法仅在时域中进行计算,避免了复杂的时频域转换过程,为应用于保护控制研究提供了可能。仿真结果验证了所提出方法的计算精度和工程适用性。(2)针对现有高压/特高压直流输电线路行波保护的动作可靠性和灵敏性差的问题,提出了可以消除长线衰变影响的单回高压/特高压直流线路行波保护新原理。所提保护新原理利用行波时域传播计算方法消除行波经过长线路衰变所带来的影响,并利用线路末端的归一化电压变化率削弱过渡电阻的影响,可以更好的区分区内外故障。基于应用于云广特高压直流实际工程运维分析的PSCAD/EMTDC详细模型的仿真数据,以及某实际工程案例的录波数据,测试结果表明所提原理识别故障能力强、不受运行方式变化的影响、且采样频率低,和传统行波保护相比可靠性和灵敏性更高,具有工程应用可能性。(3)提出了一种同塔双回直流线路保护新原理。由于现有的同塔双回直流线路仍采用与传统单回直流线路相同的行波保护原理,但其同塔双回线路排布的变化所造成的故障特征变化,必然对行波保护动作性能造成影响。针对以上问题,本文在对线路电气量解耦的基础上,利用电流行波在不同故障情况下的计算和测量结果的差异性构造保护原理。根据实际参数搭建了溪洛渡同塔双回直流输电系统PSCAD/EMTDC仿真模型,基于该模型的仿真测试结果表明所提出的保护动作量清晰、灵敏度高、且对采样频率的要求低。即便在不同极线过渡电阻差异较大的极端情况下,该原理依然可以准确选线,大大提高了保护动作的可靠性。(4)提出了一种考虑线路频变特性的高压/特高压直流线路故障测距新方法。传统的故障分析法测距中对于沿线电压计算并未考虑线路频变特性的影响,这会导致计算中存在误差,有可能成为阻碍其测距精度进一步提高的关键因素。针对以上问题,本文利用时序波阻抗矩阵和行波波形拟合,从而能够较好地计及线路频变特性对故障行波精确计算的影响。基于PSCAD/EMTDC的大量电磁暂态仿真测试结果表明所提出的测距算法不受过渡电阻的影响,测距精度优于基于贝瑞龙线路模型的测距算法。