不可再生能源逐渐枯竭,发展风能、太阳能等可再生能源势在必行。基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(Modular Multilevel Converter-High Voltage Direct Current Transmission,MMC-HVDC)技术因可大规模消纳风能、太阳能等可再生能源而在全球范围内受到广泛关注;其具有传输容量大、线损率低、可靠性高、无换相失败、可独立控制有功和无功功率等优点,已成为电力工业中研究热点。但柔性直流输电技术作为新型的电力传输技术也存在天然的脆弱性,即柔性直流输电线路短路故障时电流迅猛上升及直流输电难以灭弧。因此,针对柔性直流输电线路短路故障特性和保护进行深入研究具有重大意义。本文对柔性直流输电线路故障与保护方面的关键问题进行深入分析与研究:(1)深入学习柔性直流输电系统原理及模块化多电平换流器(MMC)的拓扑结构和子模块工作原理,分析MMC的基本运行方式和调制手段,同时对交流侧模型、直流输电线路模型以及伪双极系统接线方式进行分析。(2)以伪双极两端柔性直流输电系统为研究对象,根据柔性直流输电线路短路故障特性,对单极接地短路故障和两极短路故障进行详细分析,为柔性直流输电线路保护提供了重要的信息,对线路保护具有重要意义。(3)提出一种基于零模电压行波的单端量保护方法,从原理上消除正极和负极线路之间的电磁耦合影响。在PSCAD/EMTDC中构建了仿真模型,大量仿真实验证明,该方法构成的保护能在较高的过渡电阻下可靠迅速动作,无需通信,速动性高,具有良好的选择性及灵敏性,可作为柔性直流输电线路的主保护。(4)研究柔性直流输电线路的后备保护,根据整流侧和逆变侧两端线模电流行波突变的方向特征,提出一种基于线模电流行波的双端量保护方法,具有很好的选择性,传输数据量小。建立PSCAD/EMTDC线模电流行波双端量后备保护的仿真模型,进行大量仿真实验,结果证明该后备保护能可靠动作,灵敏度高,具有极好的选择性,可作为直流输电线路主保护的有益辅助。