直流配电网以柔性直流输电技术为基础,能够实现功率的独立调节和双向流动,凭借其在技术和经济等方面的多重优势,将成为未来能源互联网的重要载体。然而,直流配电网是一个低惯性系统,发生故障时故障电流的幅值极高且发展过程极快,约1～2ms;直流配电网线路故障具有全局性,局部故障就会影响整个电网的安全性及稳定性。传统的保护算法及直流断路器存在固有的延时响应特性,导致直流设备在故障过程中承受较高的电流应力。故障测距方法有助于快速定位故障点并及时消除线路故障,现有方法的性能易受多种因素干扰,实用效果不理想。此外,现有直流断路器的动作速度难以匹配线路故障的恶化过程,需要具备更快的响应能力。因此,研究直流配电线路的故障检测、测距及隔离技术,对于保障其安全可靠运行有着重要的理论和现实意义。本文围绕直流配电网线路故障的快速检测方法、故障测距方法以及高速隔离方法等关键科学问题展开研究,主要研究内容及创新点如下:（1）针对直流线路故障区间的快速识别问题,提出了基于边界电感的单端故障检测方法。分析了直流线路短路故障,定量地描述了不同故障类型情况下电压源变换器的放电过程。为了快速辨别直流线路故障区间,在直流线路端点增加了边界电感,并提出和定义了伪电压的概念。通过详细地分析直流线路在含有边界电感情况下的故障特点,发现线路故障在区段内、外的伪电压具有明显差异;在线路故障区段内的伪电压衰减较大,而在线路故障区段外的伪电压则无明显变化。结合边界电感及伪电压的特性,实现了直流线路故障的单端检测及分类方法。仿真结果证明了所提的单端故障检测方法能够快速准确地辨别直流线路故障区间以及故障极。（2）针对直流线路故障的快速定位问题,提出了直流配电网离线故障测距方法。首先,设计了信号主动注入式的测距模块,建立了该测距模块与故障线路区间的等效电路,并通过该测距模块向失电后的故障环路注入测距电压信号;其次,根据测距模块放电过程中的能量转换关系,提出了基于能量守恒原理的测距算法。然后,为进一步提高离线测距方法的效率以及减小响应时间,设计了线路剩余能量被动吸收式的测距模块,建立了被动吸收式测距模块与故障环路的等效电路;通过研究跳闸后直流线路剩余电流的衰减特性,揭示了直流线路剩余电流的放电过程与故障距离及故障电阻之间的函数关系,提出了基于线路剩余能量的离线测距算法。最后,研究了两种测距模块的参数设计方法,讨论了两种测距算法在不同应用场景下的性能。实验结果表明,所提方法能够精确的定位故障点。（3）针对离线故障测距方法在测距精度、抗过渡电阻能力等方面的不足,提出了基于电压相似三角形原理的在线故障测距方法。在伪电压概念的基础上,分析了双端伪电压在直流线路上的分布机理,揭示了直流线路上不同位置的伪电压与线路距离的线性关系。将直流线路双端伪电压的分布曲线同时映射到直角坐标系中,由分布曲线所构成的图形形成两个封闭的相似三角形,根据相似比原理推导了在线故障测距算法,理论上可以消除故障电阻的影响。分析了双端数据弱同步因素造成的测距误差,提出了有效的解决方案,并讨论了该算法在噪声、线路分布电容及电弧性故障等工况下的性能。仿真分析及实验结果表明,该方法具有测距速度快、精度高、抗干扰能力强等优点。（4）针对直流断路器的动作速度难以匹配线路故障的恶化过程问题,提出了一种新型的具有故障检测和限流能力的双向固态直流断路器。直流断路器作为切断故障电流的执行单元,切断速度及最大切断能力是它的重要指标。给出了本文所设计的直流断路器的拓扑结构及控制方法,详细地阐述了它的工作原理。该拓扑由晶闸管、二极管及耦合电感等组成,耦合电感的原边线圈通过耦合副边线圈的故障电流对主电路的晶闸管进行软关断;其切断速度达到了微秒级水平,从而能够快速地抑制故障电流的上升幅度。该拓扑可通过改变耦合线圈的匝比来实现故障检测阈值的调整,提高了其故障决策的灵活性;给出了直流断路器的电路设计过程及参数。仿真分析及硬件测试结果验证了该直流断路器方案的可行性。（5）针对在高功率、高电压及大电流应用场合下直流断路器中半导体功率器件的损耗问题,提出了一种低损耗主动式直流断路器。通过深入研究Z源断路器的工作机理,优化和改进了直流断路器的电路拓扑,减少了主电流路径中半导体器件的数量,从而有效地降低了直流断路器的损耗。分析了该直流断路器的工作原理,给出了电路设计过程及参数;定量分析和计算了直流断路器的效率和损耗,并给出了实际的测量结果。通过对比研究发现,与其他的拓扑方案相比,该方案在低损耗及体积方面具有一定的优势。仿真实验及硬件测试结果验证了该设计方案的有效性。本文以直流配电网继电保护的关键科学技术难题为研究对象,从直流配电线路的故障分析、检测、测距以及固态断路器隔离技术等多个方面,深入研究了直流配电网线路故障保护的相关理论和方法,提出了单端故障检测方法、离线和在线测距方法,以及新型直流断路器设计方案,形成了较为完善的直流配电网线路故障的处理方案。论文的理论分析方法、设计思路和研究成果可为直流配电网及其继电保护技术的发展提供指导和参考。