高压直流输电（HVDC）具有线路损耗小,无需同步运行等优点,是我国电网中重要的一种输配形式。直流线路所处自然环境复杂,最易发生各类故障,如何快速定位故障位置并消除故障,保证供电可靠性,维护区域干线互联系统的安全稳定运行,实现地方经济持续发展,具有重要现实意义和工程价值。本研究以HVDC线路故障为背景,以固有频率的优化识别技术为重点展开,提出一套HVDC故障测距保护方案,实现测距精度和运行速度的提高与优化。具体研究展开如下:首先,针对HVDC的拓扑结构、控制原理、暂稳态模型展开研究,并在MATLAB/SIMULINK仿真平台上分别搭建具有典型代表的±500k V单极12脉冲HVDC系统和±320k V双极柔性直流系统（VSC-HVDC）等两类输电模型,在此基础上仿真各类故障,分析暂态信号特征,收集仿真数据和天广（天生桥-广州）直流线路真实故障录波,作为后续研究论证的基础。然后,结合固有频率测距原理和HVDC故障谐波频率叠加过程,对HVDC固有频率故障测距进行研究,提出一种适用于HVDC线路故障的固有频率优化识别测距保护方案。针对保护方案中,HVDC线路经高阻抗接地导致暂态信号弱化问题,提出一种基于小波系数分层下频谱重构的高阻抗接地信号处理方法;针对保护方案中,双极HVDC线路故障发生后暂态信号相互耦合,通过信号解耦算法排除干扰,并基于不同解耦算法推导出适用于HVDC的2阶相模变换矩阵。最后,围绕所提保护方案中固有频率优化识别环节,总结目前HVDC固有频率测距所采用的频谱识别算法,研究此类算法的识别精度、运算速度等特点,同时考虑HVDC暂态信号特征和工程实用性,分析目前算法存在的不足,提出一种改进的总体最小二乘旋转不变技术固有频率估计算法（Improved TLS-ESPRIT）识别HVDC暂态行波固有频率。Improved TLS-ESPRIT固有频率识别算法无需全频域谱峰搜索,实时性好,运算量低,精度高,经过理论分析和对比仿真验证,该算法优化了固有频率识别过程,实现了HVDC线路故障测距精度和速度的提高。针对现场微型测距仪器的硬件特点,保证测量精度在允许范围内,要求固有频率识别算法程序简单、运算量小,提出一种快速傅里叶变换（FFT）与频谱细化的线性调频Z变换（CZT）相结合的HVDC故障行波固有频率识别算法（FFT-CZT）。该固有频率识别算法程序简单,硬件要求低,适用于微型测距仪器,通过仿真实验,测试结果均符合工程要求。