由于我国对电力能源需求的日益剧增以及我国能源资源与负荷中心分布不均衡现状的影响,高压直流输电在我国现代电力系统中扮演着愈加重要的角色。目前,实际运行的直流输电工程的保护配置大多以行波保护和微分欠压保护作为主保护,以电流差动保护作为后备保护;而现有的行波保护和电流差动保护间的配合存在延时,会使故障过程中的直流控制暂态阶段缺乏相应的保护,大大降低了现有的直流线路纵联保护的速动性和可靠性。因此,现有的直流输电线路依旧存在缺乏可靠、经济、适用性强的纵联保护。由于直流线路故障全过程实际上蕴含着可资利用的故障信息,而目前大多数相关学者对直流线路全过程及其特征研究,主要集中在行波初始阶段和直流控制稳态阶段,而对于直流控制暂态阶段的研究较为缓慢。究其原因,是因为控制系统的动态响应引入了非线性特性,从而使直流线路故障暂态过程分析变成了对含控制系统与非线性电路相互作用的复杂非线性系统的分析,这无疑大大增加了故障特征分析和提取的难度。因此考虑直流控制特性,研究直流系统各控制量、可观测量以及直流线路故障电气量之间的关联关系,对于提升现有直流线路纵联保护的速动性和可靠性具有重要意义。基于以上分析,本文针对LCC-HVDC直流输电系统的直流控制特性及其直流控制暂态过程,开展了以下研究工作:(1)针对LCC-HVDC直流输电系统的直流控制特性及直流控制暂态过程,研究直流控制触发角的变化特性;并在此基础上构造触发角变化率故障特征;同时基于故障电流与触发角、直流电压以及交流母线电压之间的关系,定量分析直流控制特性对换流站两侧故障电流的影响机理,为进一步研究直流线路纵联保护新原理奠定基础。(2)考虑直流控制暂态过程中触发角的变化故障特征,提出一种基于触发角变化特性的高压直流线路纵联保护方案。该方案从定性和定量角度研究触发角的变化特性,通过两换流站侧的触发角变化率均值的余弦相似度和固定间隔时间的触发角变化量故障特征,来准确识别直流线路的区内外故障。仿真结果验证了所提保护方案的有效性。(3)考虑直流控制特性对换流站两侧故障电流的影响,提出一种基于补偿控制电流的高压直流线路纵联保护方案。该方案通过建立直流控制量触发角与故障电流、直流电压以及交流母线电压间的关系,补偿直流控制特性对故障电流的影响,并构造补偿控制差动电流保护判据识别区内外故障。仿真验证了所提保护方案的可行性。