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基于电压源型换流器(VSC)的直流电网技术占据了未来电力系统发展的重要地位。直流电网不仅是一种具有高可靠性的大规模新能源的远距离输送途径,还能实现区域交流电网的异步互联,增强大电网的稳定性。直流线路保护是直流电网安全稳定运行的重要保障,也是如今直流电网技术实现工程化应用面临的关键问题之一。由于换流站自身拓扑的特点,直流电网直流线路故障特征与现有的高压直流线路存在较大区别,对控制保护系统要求严苛。因此,研究直流电网直流线路故障特征及保护原理具有重要的理论和工程指导意义。本文以直流电网直流线路保护为研究对象,进行了以下研究工作:(1)分别从频域和时域角度分析了直流电网直流线路短路故障特征。详细推导了直流线路极间短路暂态过程,分别给出了单换流器和直流电网的短路电流计算方法;在考虑换流站接线和不同故障类型的基础上,利用频域分析方法对线路末端电压行波波头进行了解析计算。基于PSCAD/EMTDC的仿真算例证明了解析解的有效性。(2)提出了基于电压不同频段能量特性的直流线路保护新原理。对区内外故障特征差异的分析表明,区内故障的末端电压高频量远远大于区外故障,同时过渡电阻的存在将使电压高频量降低。根据区内外故障所对应的不同频段电压能量差异,同时为了削弱过渡电阻的影响,构造了利用末端电压高、低频能量比的快速保护原理。该保护原理仅需采用单端电压信息,保护时间窗短,动作速度快。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果验证了其具有较高的耐受过渡电阻能力。(3)提出了适用于直流电网的直流线路阶段式定时限过流保护原理。首先对传统过流保护在直流电网中应用的局限性进行分析,指出其受限流电抗器大小和线路长度影响较大的缺点。在结合直流电网短路电流特征分析的基础上,提出了适用于直流电网的直流线路阶段式定时限过流保护新原理,并给出了具体的整定原则与校验方法,在整定原则上确保了上下级线路保护、线路保护与换流器保护之间的配合。仿真算例表明其能在较短的时间内实现全线故障的可靠切除,具有对端母线的远后备功能,且能耐受一定的过渡电阻。