充电站是电动汽车的配套服务设施,其建设与发展水平对于电动汽车规模化、产业化的进程至关重要。不同于其他分散布置的充电设施,充电站的规划运营更受限于用户充电行为习惯等因素,因此,大功率快速充电方式更加适合这种集中充电场所。相比于交流供电方式的充电站,直流(型)快速充电站具有电能变换等级少、便于光伏和储能直流型分布式电源接入等优势,成为了近年来的关注热点。关于直流充电站的研究仍处于初步阶段,缺乏有效的保护解决方案是目前限制直流快速充电站推广应用的主要屏障之一，亟需开展相关研究。本文从故障传播特性、故障特征分析、保护方法方案三个层面逐步深入,研究直流充电站的故障特性及相应保护方法,以期为直流快速充电站的保护设计与实现提供参考依据和理论支撑。作为故障分析和保护研究的基础,首先研究直流充电站的构成与建模。依据系统关键设备组成,对交流电源、入网换流器、直流充电机和汽车电池负荷的拓扑结构和控制策略进行了深入分析。参照现有充电站的技术标准,基于Simulink平台搭建了直流充电站的电磁暂态模型,通过仿真对系统运行特性和模型控制方式进行测试验证。AC/DC入网换流器是充电站和交流侧配网之间的接口,其故障响应对系统交直流侧之间的故障传播特性起着决定性作用。针对直流侧和交流侧可能的不同故障类型,计及换流器自身保护动作,分析了系统不同阶段下的等效故障回路,理论推导了交直流侧故障电压电流的响应特性,并结合仿真验证了理论分析的正确性。此外,相应讨论了直流侧故障电阻和换流器拓扑结构对于故障暂态过程及电压电流特性的影响,从而归纳总结了充电站交直流侧之间的故障传播特性。针对充电站直流系统的故障特征进行分析,从直流侧的故障类型和分区入手,在充电机DC/DC变换器极间故障特性的研究基础上,全面地分析了直流侧极间故障的各个故障电流回路构成,掌握了不同支路的故障电流特征及其相互之间的关系。进一步地,根据故障类型、故障位置和负载水平的不同对场景进行了精确细分,通过大量的不同场景仿真对比分析了交流侧与直流侧各保护测量位置上的电压电流响应特征。基于所提取的充电站故障特征量,讨论归纳了保护动作时限要求、故障电阻的影响、充电站运行状态的影响以及保护可用的电压判据和电流判据。基于上述分析,研究提出适用于直流充电站的保护方法及配置方案。首先,明确了当前充电站直流供电方式下保护所面临的快速性和选择性问题。为缓解保护“快速性”的问题,采用基于电容直流断路器的限流方法对保护动作时间要求进行宽限延长,仿真分析了该方法的限流效果及其应用在充电站中所存在的问题。为解决保护“选择性”的问题,结合上述限流措施,提出了一种基于通信的集中式快速保护方法。详细阐述了该方法的保护处理流程和逻辑判断过程,仿真验证了保护方法的有效性和可行性。最后,从设备级、线路级和系统级三个层次讨论了直流充电站的保护配置方案,具体分析了不同保护方法和动作时间之间的配合。所提出的保护方法方案对直流充电站的保护设计和实现具有理论和实际意义。