目前,我国电力资源主要传输模式为“西电东送”,由于交流输电在大容量长距离输电方面存在难以克服的弊端,直流输电技术在我国电网发展中承担更重要的作用。由电网换相换流器（Line Commutated Converter,LCC）和模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converters,MMC）结合形成的LCC-MMC混合高压直流输电系统,综合了LCC和MMC换流器的优点,逐步在实际工程中发展应用。直流线路故障问题的处理是研究直流输电系统的关键,因此本文以LCC-MMC混合直流输电系统为基本拓扑,对其直流线路故障保护方案进行研究。本文首先介绍了LCC与MMC换流器的拓扑结构及工作原理,分析推导了两侧换流器的数学模型,并设计了系统正常运行状态下的控制策略。在PSCAD仿真中对LCC-MMC混合直流输电系统稳态运行情况进行验证分析。其次,通过对LCC及MMC两侧直流故障电流进行数学分析,得出故障电流限制方案,可通过控制LCC触发角增大到90度和MMC子模块闭锁来限制故障电流。为完全清除故障,分析得出改进混合直流断路器模型,并介绍了改进混合直流断路器模型的工作过程与参数设计。利用基于直流线路电感电压变化率的方法进行快速故障检测,最终形成故障检测、LCC与MMC协调控制以及混合直流断路器故障清除的整体保护方案,并在PSCAD仿真中验证方案的可行性。通过设计实例和参数,分析比较不同混合直流断路器模型和直流故障处理方案,对改进的混合直流断路器保护方案成本和损耗进行评估。然后,为缓解直流短路故障对MMC交流侧的影响,将半桥型MMC集成电池储能系统（Battery Energy Storage System,BESS）,形成储能型MMC（MMC-BESS）三端口结构。对MMC-BESS数学模型、工作原理及能量传输原理进行分析,利用储能电池可与交流电网独立功率传输的优势,进行直流故障穿越。研究了电池模块的SOC均衡、时间约束分析、以及储能变换器功率切换控制,保证电池的协同运行。形成MMC-BESS整体直流故障穿越控制,给出直流故障穿越保护方案流程图,并进行时序过程说明。该方案在MATLAB仿真中得到了分析和验证。最后在仿真分析基础上,搭建实验平台及RTDS硬件在环平台,进行MMC逆变器、LCC整流器、混合直流断路器以及MMC-BESS功能实验验证,同时验证本文所提出的方案与结论的正确性。