交直流柔性配电网具有运行调控灵活、新能源消纳能力强、交直流多元负荷匹配性能好等优势。与此同时,由于交直流互联变换器（Interlinking Converter,ILC）和分布式电源等设备的接入,电网的电力电子化特征突出,故障特性呈现多态、受控和弱馈等特点,给故障时的运行控制、特性分析和继电保护带来许多新的问题和挑战。论文根据交直流柔性配电网的结构和运行特点,以保障ILC和配电网的安全可靠运行为目标,重点围绕ILC故障穿越控制、ILC本体和交直流配电网故障特性分析、继电保护系统构建方式与原理等开展了系统研究。本项研究对保障ILC和交直流柔性配电网的运行安全,提高电网供电可靠性具有重要的理论意义和工程应用价值。ILC作为交直流柔性配电网的关键调控设备,其故障穿越控制是降低电网故障影响范围和程度、协助故障后电压恢复的重要基础,也直接影响交直流柔性配电网的故障特性。论文综合考虑故障类型、功率流向、交直流耦合作用等影响因素,分别针对恒功率、恒直流电压和恒交流电压等控制方式,提出了ILC交流端口故障穿越控制策略;根据不同类型ILC的结构特点,从启动方案、限流控制、自动恢复等方面,提出了ILC直流端口故障穿越控制策略。仿真结果表明,所提控制策略可在保证ILC运行安全的同时,增强电网应对故障的能力,有效抑制交直流电网故障的耦合影响,并加快故障后的供电恢复。ILC模块化程度高,子模块故障定位和容错控制是提高ILC运行可靠性的重要手段。论文根据级联型ILC的结构特点,考虑控制方式、功率流向和负荷水平等因素的影响,对其子模块各类开路和短路故障特性和表现特征进行了理论分析。在此基础上,提出了级联型ILC子模块内部故障定位新方法,仿真结果验证了其良好性能。从兼顾经济性和可靠性的角度,提出了双子模块公共冗余结构及其容错控制方案。通过对公共冗余子模块之间连接方式的灵活切换,可以实现任意单子模块和双子模块故障时级联型ILC的持续运行,显著增强级联型ILC的运行可靠性。ILC端口发生内部故障时可能产生严重的过电流或过电压,需要配置完善的保护系统以保证ILC运行安全。论文针对目前级联型ILC保护研究相对滞后的问题,围绕级联型ILC交、直流端口的各类短路和开路故障开展了系统的理论研究。提出了基于相电流过流、零序过流和零序过压的交流侧短路综合保护方案,以及基于电压幅值和电流变化率特性的直流侧短路保护原理,可实现内部短路故障的快速切除。结合级联型ILC的内部开路故障特性,提出了综合利用电流断流特性和序分量特征的交流侧开路故障检测方法,以及基于电压偏移特性的直流侧开路保护方案。同时,在级联型ILC交流和直流端口辅以过电压保护措施,有效保证其运行安全。在交直流互联的交流配电网中,分布式电源的随机性、间歇性特点以及ILC和分布式电源的复杂故障特性,使得现有基于就地量的继电保护难以满足应用要求。论文根据ILC等不同电力电子设备的故障穿越控制策略,建立了统一故障等值模型,分析了交流配电网故障时的短路电流幅值分布特性。在此基础上,针对配电网设备众多,各测点采样同步困难的难题,提出了无需严格采样同步的网络化保护构建方案,以及基于相电流和序电流基频分量幅值比较的网络化保护新原理。与传统就地保护相比,网络化保护整定配合简单,可实现配电网全网故障的快速切除,大幅缩短故障时间,从而有效避免分布式电源脱网,并降低电压跌落对敏感性负荷的影响。在交直流互联的直流配电网中,受ILC限流控制、电网接地方式、线路分布电容等影响,极间故障呈现复杂受控特性,单极接地故障特征微弱,给故障检测和保护带来挑战。论文根据不同类型ILC的结构特点,对直流配电网的短路电流特性进行了理论研究,分析了短路电流的方向性特征。以此为依据,针对极间和单极故障,提出了基于电流故障分量极性比较和积分值比较的故障方向判别原理。该原理不依赖边界元件,方向判别准确,且具有良好的抗扰和抗噪性能。以方向元件为基础,提出了直流配电网主保护和后备保护构建方案。中压配电网主保护采用方向纵联方式,通信量小,无需采样同步,可实现全网故障的快速切除;其后备保护和低压配电网保护采用基于就地故障方向信息和延时配合的保护方案,整定配合简单,易于工程应用。论文最后对全文工作进行了总结,给出了本文主要创新点,并对下一步研究工作进行了展望。