模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)因其输出电压质量高、谐波及开关损耗低等优点,特别适合于构建用于新能源并网和输送的高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)系统,近年来受到了国内外学者的广泛关注。但是有关其故障保护和处理方面的研究尚且十分有限,难以满足实际工程中对于系统运行可靠性日益提高的要求。为此,本文针对MMC-HVDC系统,研究其不同故障下的暂态特性和相应的保护策略,然后根据系统结构提出具体的故障处理方法,并进行仿真验证。首先,本文介绍了柔性直流输电系统中换流器及主接线的结构,包括MMC子模块拓扑结构、MMC-HVDC系统数学模型及MMC换流站的主接线形式等内容。并以MMC-HVDC为研究对象,从理论和仿真两个方面分析直流侧单极接地故障和双极短路故障的暂态过程,建立故障等效电路。研究交直流电网间故障传播特性,分析交流侧故障对直流侧可能产生的影响。其次,本文根据直流侧故障的暂态特性,研究了适用于柔性直流电网的直流输电线路新型保护方法,提出了一种基于单端电压突变量和电流突变量的接地故障快速检测方法,该方法具有较高的速动性。分析了MMC-HVDC直流侧与交流侧间保护的协调配合策略,并对交直流侧故障对相互之间保护的影响情况进行了研究。最后,本文研究了直流输电系统故障高速隔离方法。总结了直流电网自动重合闸的操作流程,并结合直流线路的故障特性和交流系统中的传统方法,提出了一整套适用于直流电网的自适应重合闸方案,用于确定不同接线方式和故障类型下的系统重启动条件。针对点对点的两端直流输电系统,提出了一种具有直流故障自清除能力的新型子模块拓扑结构。