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随着电力电子技术的发展，光伏、储能等直流输出特性的分布式电源大规模分散接入电网，数据中心、充电桩、LED照明等直流负荷亦日益增多。直流配电网易于可再生能源接入、系统效率高、损耗小、供电半径大、可靠性高，应用前景广阔。目前，直流配电技术已在地铁、船舶、数据中心等专有系统得到广泛应用，但中压直流配网技术仍在研究探索中。保护技术作为直流配网安全稳定运行的关键技术成为国内外专家学者的研究重点。本文以±10kV 等级直流配电网为研究对象，基于直流配电网故障特征分析开展保护方案研究。
首先，阐述了直流配电网的发展历程及背景，针对直流配电网故障特性分析、保护设备和保护原理三个方面的国内外研究现状，提出直流配电保护技术现阶段面临的问题与挑战，并展望了直流配网保护未来的发展方向。
其次，详细介绍了直流配电网的三种典型拓扑结构，从拓扑复杂程度、可靠性、控制保护难度、应用场景等方面进行对比分析。在搭建双端手拉手直流配电网模型的基础上，对模块化多电平换流器、直流变压器等进行数学建模和控制原理分析。
接着，详细介绍了直流配电网三种典型接地方式，并分别对三种接地方式下的换流器交流出口侧单相短路以及直流侧单极接地进行故障特性分析，提取暂态特征量，分析故障机理和特征。从故障恢复、供电可靠性和经济性等方面比较了三种接地方式的优缺点。
然后，针对现有直流配电网单端量保护选择性差，多端量保护速动性差、数据同步要求高等问题，提出一种基于电流微分状态量的直流配电网分布式区域保护方法。该方法以负荷分支公共接入点为分界对直流线路进行区域划分，利用电流微分作为故障暂态特征量，相邻保护装置通过电流微分状态字的信息交换进行区域故障类型判定与区域定位，实现故障的快速定位与隔离。该方法只需相邻保护装置交互故障电流微分状态信息，不需要严格的数据同步，可用于双端或多端直流配电网。
最后，为实现换流器在直流侧极间短路情况下的故障穿越，提出一种故障限流模块和直流断路器配合的直流配电网极间短路保护方法。针对电感型和电阻型两种限流拓扑，结合直流侧故障暂态特性以及换流器 IGBT、二极管、直流断路器等器件参数，对限流电感和电阻的取值原则进行数学推导。该方法能在直流侧极间短路故障时实现换流器不闭锁，保证非故障区域的可靠稳定供电。
首先，阐述了直流配电网的发展历程及背景，针对直流配电网故障特性分析、保护设备和保护原理三个方面的国内外研究现状，提出直流配电保护技术现阶段面临的问题与挑战，并展望了直流配网保护未来的发展方向。
其次，详细介绍了直流配电网的三种典型拓扑结构，从拓扑复杂程度、可靠性、控制保护难度、应用场景等方面进行对比分析。在搭建双端手拉手直流配电网模型的基础上，对模块化多电平换流器、直流变压器等进行数学建模和控制原理分析。
接着，详细介绍了直流配电网三种典型接地方式，并分别对三种接地方式下的换流器交流出口侧单相短路以及直流侧单极接地进行故障特性分析，提取暂态特征量，分析故障机理和特征。从故障恢复、供电可靠性和经济性等方面比较了三种接地方式的优缺点。
然后，针对现有直流配电网单端量保护选择性差，多端量保护速动性差、数据同步要求高等问题，提出一种基于电流微分状态量的直流配电网分布式区域保护方法。该方法以负荷分支公共接入点为分界对直流线路进行区域划分，利用电流微分作为故障暂态特征量，相邻保护装置通过电流微分状态字的信息交换进行区域故障类型判定与区域定位，实现故障的快速定位与隔离。该方法只需相邻保护装置交互故障电流微分状态信息，不需要严格的数据同步，可用于双端或多端直流配电网。
最后，为实现换流器在直流侧极间短路情况下的故障穿越，提出一种故障限流模块和直流断路器配合的直流配电网极间短路保护方法。针对电感型和电阻型两种限流拓扑，结合直流侧故障暂态特性以及换流器 IGBT、二极管、直流断路器等器件参数，对限流电感和电阻的取值原则进行数学推导。该方法能在直流侧极间短路故障时实现换流器不闭锁，保证非故障区域的可靠稳定供电。