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随着电力电子技术和分布式发电技术的迅速发展以及直流负荷的增多,直流配电技术作为一种高效的能源技术正受到广泛关注。分布式微源接入直流配电网后将会使直流故障电流呈现多样化和复杂化的新特征,这可能会导致直流保护系统中原有的故障检测方法失效,甚至造成保护系统有发生误动作或拒动作的风险。同时,由于直流系统存在大容量的直流母线电容器组,且直流系统具有低阻抗特性,在发生直流极间短路故障后易产生极高的瞬态故障电流。因此需要能够快速有效切除故障电流的直流断路器以提高直流配电网的供电可靠性。本文针对上述问题,深入研究了含分布式微源的直流配电网发生极间短路故障时故障电流响应特性和产生机理;同时研究了基于常通型SiC JFET器件的直流固态断路器拓扑结构、驱动电路以及相应的保护控制方法等。本文的主要研究内容以及取得的成果包括:(1)着重研究了含分布式发电系统的直流配电网的短路故障特征。建立了超级电容器储能系统、光伏发电系统和风力发电系统分别接入直流配电系统后,当直流母线发生极间短路故障时在分布式微源变流器IGBT闭锁模式下的瞬态直流电压及故障电流数学模型。同时分析比较了不同阶段的故障电流特性,并研究了上述分布式微源接入对故障电流的大小及到达峰值时间的影响。结果表明,故障距离和分布式微源变流器的直流母线电容是影响故障电流特征的主要因素。PSCAD/EMTDC仿真结果和RT-LAB半实物实验结果验证了本文故障电流数学模型的正确性。(2)研究了当直流母线发生极间短路故障时,超级电容储能系统,光伏发电系统和风力发电系统的控制策略(即IGBT门极信号不闭锁)对故障特性的影响。分析了各分布式微源变流器的瞬态故障等效模型,并比较研究了变流器控制方式对故障电流特征的影响。PSCAD/EMTDC仿真结果和RT-LAB半实物实验结果表明,极间短路故障时三种分布式微源变流器的控制方式不会影响故障电流的峰值大小,但各变流器IGBT门极信号不闭锁时的稳态故障电流大小均比IGBT闭锁时要小。而且分布式微源所产生的高瞬态故障电流需要含分布式微源的直流系统配置具有微秒级故障响应能力的快速直流断路器,以确保系统的安全可靠运行。(3)针对分布式微源接入直流配电网后导致故障电流上升速度快、幅值高的问题,提出了一种基于常通型SiC JFET的智能固态断路器,可实现最快十微秒内快速切断短路电流。为了给直流配电网提供灵活的过流保护,提出了一种脉冲宽度调制限流延时保护方法,可鉴别永久性过电流及电力电子负荷正常启动时引起的冲击电流,有效避免了因冲击电流导致的误跳闸。分析了常通型SiC JFET器件在过流条件下的瞬态热特性,研究了过流时JFET的失效机理,并确定了JFET的热失效时间范围。利用400V/38A固态断路器实验样机验证了其功能特性,实现了直流配电网在不同故障情形下可靠快速的隔离故障。(4)分析了常通型SiC JFET器件串联运行时均压及并联运行时均流效果不理想的影响因素,提出了一种应用于SiC JFET器件串联运行的栅极驱动电路,实现了串联器件的动静态电压均衡。同时为了改善SiC JFET并联器件动态分流不均的情况,设计了SiC JFET并联栅极驱动电路,实现了并联器件的动静态电流均衡。研制了中压2kV/38A固态断路器及低压大电流400V/200A固态断路器实验样机,验证了本文设计方法的有效性,为SiC固态断路器在大容量场合的应用提供了技术支撑。本文通过对含分布式微源的直流配电网故障特性分析和对碳化硅固态断路器的研究,完善了直流配电网短路故障分析理论体系,能够为直流配电网保护技术的发展提供支撑。通过对具有低损耗和快速响应能力的碳化硅固态断路器的研究,实现了直流配电网的快速故障保护以及无弧、无噪声切断故障电流的保护需求,为固态断路器在直流配电网中的实际应用提供了有益借鉴。