直流输电是解决我国能源和环境问题、优化全国范围资源配置的关键技术手段,基于模块化多电平换流器的柔性直流输电占据了未来电力系统发展的重要地位。随着电压等级和传输容量的提高,柔性直流电网朝着多端化方向发展,直流线路保护对于直流电网的安全稳定运行具有重要意义,但同时也是实际应用中面临的难题之一。采用架空输电线路的柔性直流电网故障率高,固有的低阻尼特性使直流短路故障发展迅速,多端出力的叠加加剧了故障对系统及内部元器件的危害,对保护提出更高要求。由此,为改进完善现有线路保护方法的不足与缺陷,本文从暂态特征分析及线路保护研究等方面开展工作,论文主要研究内容如下:（1）建立了单极接地和双极短路故障下的换流站等效电路模型,研究故障暂态特征。分析模块化多电平换流器的拓扑结构、主接线和接地方式及其工作原理,针对对称双极接线方式下的柔性直流电网线路故障暂态特征进行分析,运用相关电路理论,建立不同故障情况下的电容放电、电感续流及交流馈入三个暂态发展阶段的单端故障等效电路模型,并对故障电流及电压进行定性分析和定量计算。从中发掘适用于保护的故障暂态特征量,为设置保护判据奠定理论基础。（2）提出了一种基于故障电流模量幅值相平面的含T接线路的直流电网单端保护方法。首先推导含T接线路直流电网区内外故障等效电路,列写故障电流微分方程,再通过极模变换公式,获得故障电流的地模和线模分量。然后对不同故障类型的保护动作原则及阈值进行整定,利用故障电流地模和线模分量构造模量相平面,实现故障区域识别与故障选极。同时通过构造阈值缩比因子对区内故障阈值进行自适应整定,实现模量相平面边界的动态调整,以增大对末端高阻故障检测的灵敏度。该保护方法在满足可靠性与快速性的前提下,保护范围接近线路全长,且具有较好的耐受过渡电阻能力,同时可有效规避系统扰动的影响。（3）提出了一种基于故障分量瞬时功率相平面的直流电网线路双端保护方法。首先建立多端柔性直流电网模型,利用回路分析法推导短路故障电流和电压,计算故障分量瞬时功率。然后分析不同故障类型下正负极故障分量瞬时功率的和差特征,分别利用功率差与功率和构造相平面,实现故障区域识别与故障选极。同时通过引入低电压判据,对故障分量瞬时功率重新进行计算,消除线路出口处存在保护死区的问题。该保护方法具有良好的选择性,能够保护线路全长,且具有较好的耐受过渡电阻能力。