基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性高压直流电网技术在可再生能源消纳、异步电网互联和孤岛供电等方面具有广阔的应用前景,因而获得了业内的广泛关注。然而柔性高压直流电网发生直流短路故障后,MMC的大量子模块电容迅速向故障点放电,故障电流迅速增大,系统电压急剧跌落。如果故障未被及时清除,不但电网设备可能过流损坏,而且整个柔性高压直流电网都面临着停运的风险。可见,直流故障清除技术对柔性高压直流电网的安全稳定运行至关重要。本文围绕柔性高压直流电网的故障清除技术,从柔性高压直流电网短路故障计算以及直流断路器的拓扑设计和自适应重合闸等方面开展学位论文的研究工作。主要的研究内容及成果包括:(1)柔性高压直流电网故障分析计算是其故障清除技术的研究基础,为此,提出了一种计及输电线路频变效应和交流电网对直流故障影响的柔性高压直流电网短路故障快速计算方法。首先,建立了MMC的频域故障等值模型,利用等值电流源表征交流电网对直流故障的影响;然后,结合输电线路频变模型,建立了柔性高压直流电网节点阻抗矩阵,从而获得各节点电压和各支路电流的频域值;最后,采用数值拉普拉斯逆变换求解各电气量的时域值。通过计及控制模式对等值电流源的影响,揭示了故障电流随换流站控制直流电压能力的增大而增大这一现象;忽略控制模式对等值电流源的影响则能进一步简化故障计算。利用PSCAD/EMTDC搭建柔性高压直流电网模型,对所提故障计算方法进行了有效验证,算例结果表明所提方法在保持高计算精度的同时,有效地提高了故障计算效率。所提故障计算方法不仅可以用于后续直流断路器的参数选取,还可应用于柔性高压直流电网的线路保护研究。(2)直流断路器是柔性高压直流电网清除故障的关键设备,为此,提出了一种基于晶闸管全桥的具备预动作、快速开断小电流和快速恢复开断等能力且无需外部预充电电源的大容量直流断路器。首先,介绍了所提直流断路器的拓扑结构与工作原理;然后,分析了所提直流断路器的关键参数选取原则,确保其能够安全可靠地开断故障电流;最后,通过与现有晶闸管式直流断路器的对比,论述了所提直流断路器的工作性能优势。搭建小功率实验样机验证了所提直流断路器拓扑的可行性,利用PSCAD/EMTDC仿真模型验证了所提直流断路器在柔性高压直流电网中的运行性能。(3)在直流母线处利用单个多端直流断路器(multiport DC circuit breaker,MDCCB)替代多个直流断路器可有效地降低建造成本,为此,提出了一种所有端口共用一个主断支路和一个吸能支路而且导通损耗极小的晶闸管式MDCCB。首先,介绍了所提MDCCB的工作原理,即使发生了机械开关失效,所提MDCCB可采用传统后备保护或者主动后备保护隔离端口故障;然后,分析了所提MDCCB的器件数目以及器件功率等级;最后,通过PSCAD/EMTDC仿真模型验证了所提MDCCB的工作特性。与多个直流断路器相比,所提MDCCB有效地降低了建造成本,且具有更好的母线故障容错能力。与现有导通损耗极小的MDCCB相比,所提MDCCB虽然成本较高,但是有效地提高了开断可靠性,且可靠性优势随着端口数的增加而增加。所提MDCCB在建造成本和开断可靠性之间进行了折衷,有利于大规模柔性高压直流电网的安全稳定运行。(4)直流断路器的及时重合闸可降低线路瞬时性故障的不利影响,提高输电可靠性,为此,提出了一种可有效抑制故障电流冲击和系统电压振荡的的晶闸管式直流断路器自适应重合闸策略。首先,建立了柔性高压直流电网通过直流断路器电容向线路充电的等值模型,分析了瞬时性故障和永久性故障时的暂态过程差异;然后,利用故障性质判别期间电容电压增量的移动平均值判别故障性质。在判定为永久性故障后,直流断路器可迅速隔离故障,且由于电容具有较大的初始电压,故障电流冲击很小;在判定为瞬时性故障后,柔性高压直流电网通过合闸电阻将线路充电至系统电压,有效地抑制了系统电压振荡。最后,远端直流断路器通过检测线路电压即可重合闸于瞬时性故障,使直流线路恢复正常运行。利用PSCAD/EMTDC仿真验证了所提自适应重合闸策略的有效性。