高压直流输电工程具有传输功率大、线路造价低的优点,相比交流输电线路更适合于远距离、大功率输电,中国的能源分布和电网结构决定了高压直流输电具有广阔的发展前景。但超长的送电距离、情况复杂的输电走廊、恶劣的工作条件使直流输电线路发生短路、雷击等事故的概率增加,统计表明线路故障占直流输电系统故障的一半,因此研究高压直流输电线路保护对保障系统的安全稳定运行具有至关重要的作用。为此,论文针对高压直流输电线路现有保护误动率高和高阻故障时保护可靠性差这两个关键问题开展研究,主要工作有:1)利用行波固有频率的高压直流输电线路纵联保护方法。通过总结现行行波保护存在的问题,进一步利用故障行波频域特征构建保护算法,利用行波固有频率与输电线路的故障距离和边界条件之间的数学关系,提出一种基于行波固有频率的高压直流输电线路纵联保护方法,可以起到行波保护后备保护的作用,动作于线路高阻故障。2)提出一种基于电压、电流突变量方向特征的高压直流输电线路纵联保护方法。在分析高压直流输电系统和故障叠加电路的基础上,利用小波能量相对熵有效地识别高压直流输电线路的故障暂态。给出一种基于小波能量相对熵的纵联保护方法可以准确动作于区内故障,保护性能不受故障类型、故障距离、过渡电阻和噪声的影响。3)将小波能量相对熵计算方法应用于高压直流输电线路单端保护。针对现有的高压直流输电线路单端保护存在可靠性差、耐过渡电阻能力差的问题,提出一种新的单端保护方法。首先,分析直流线路边界滤波环节的频率阻抗特性;然后计算滤波环节两侧电流之间的小波能量相对熵,进而描述电流各频段能量差异;最终构造直流线路单端保护判据,可实现区内、外故障的识别。该保护方法原理简单,能快速、可靠地识别直流线路区内、外故障,具有一定耐过渡电阻能力。4)为防止雷击干扰时保护误动,构建了一种高压直流输电线路雷击干扰识别元件。雷击时间会产生大量高频分量,对需要识别行波波头的行波保护和利用故障高频分量的保护影响比较大。论文从小波分析理论出发,利用小波能量矩分析故障性暂态和非故障性暂态情况下暂态信号能谱值在各个频段的分布,实现对雷击未故障、雷击故障以及普通短路故障的准确、快速识别。论文利用多种时频分析方法探讨了直流输电线路保护及雷击干扰识别的具体方案,解决了现有直流线路保护可靠性不高、耐受过渡电阻能力差的问题,可以为高压直流输电线路保护的相关研究提供支持。