太空发电站(space power station,SPS)不受大气、季节和昼夜变化的影响,全年99%的时间内可以接收稳定的太阳辐射,非常适合太阳能的大规模开发利用。电力传输系统是SPS不可缺少的一个重要组成部分,SPS电力传输系统拓扑的设计和保护是SPS研究的一项重要内容。本文以MW级非聚光式多旋转关节SPS为研究对象,设计其电力传输系统的拓扑,研究SPS电力传输系统保护所必需的混合式高压直流断路器,并设计电力传输系统的保护配置方案。本文简要介绍了 MW级非聚光式多旋转关节SPS系统方案,针对其电力传输系统,设计了一种高低压混合电力传输系统拓扑方案,所设计的方案可提高SPS电力传输系统的效率,减小其体积和重量,并可提高对服务系统设备供电的可靠性。叙述了方案的总体拓扑,并与现有的两种方案进行对比,说明了其优点;针对其中的高压电力传输系统部分,设计了高压电力传输系统的拓扑,并结合太空环境和微波源的特点设计了相应的控制策略;在PSCAD/EMTDC中搭建了高压电力传输系统的仿真模型,仿真模拟了其稳定运行状态,仿真结果验证了所设计的拓扑的可行性和控制策略的有效性,同时为研究高压电力传输系统的故障特征和保护配置方案奠定了基础。结合SPS的要求以及太空环境的特殊性,分析了在SPS中采用强制换流型混合式高压直流断路器的原因。针对现有方案存在的缺点,提出了一种强制换流型混合式高压直流断路器方案,所提方案可缩短故障电流切除总时间,加快短路故障切除速度;减小对避雷器的压力,延长避雷器的使用寿命;降低工程技术难度;成本较低,体积较小;同时解决了断路器在进行合闸操作时与隔离开关配合使用的问题。介绍了其拓扑结构,详细分析了其工作原理,包括短路故障切除过程、合闸过程和正常分闸过程,并进行了仿真分析,仿真结果验证了所提方案的可行性和有效性,最后通过与三种现有方案的性能对比,进一步说明了所提方案的特点。分析了 SPS高压电力传输系统的故障特征,分析了两种故障情形:子母线短路故障和主母线短路故障,在此基础上给出了系统保护的要求,并进行了仿真分析,仿真结果验证了故障特征分析的正确性;针对传统的SPS高压电力传输系统保护配置方案的缺点,利用本文提出的强制换流型混合式高压直流断路器方案,设计了一种新的保护配置方案,所设计的保护配置方案具有较好的保护选择性,且需要的直流断路器的数量较少,系统的体积较小,成本较低,并给出了其中限流电感的选取方法。仿真结果验证了所设计的保护配置方案能够满足系统保护的要求,具有可行性和较好的保护选择性。针对SPS低压电力传输系统,结合服务系统设备的特点,设计了低压电力传输系统的拓扑和相应的控制策略,包括光照期间和阴影期间的控制策略,并在PSCAD/EMTDC中搭建了低压电力传输系统的仿真模型,进行了仿真验证。仿真结果验证了所设计的拓扑的可行性和控制策略的有效性。