低压直流系统以其分布式电源接入效率高、供电容量大、利于并网、损耗小和电能质量高等特点成为未来城市配电系统建设与发展的热点。然而,目前直流系统在低压等级工程实践中发展较不成熟,特别是在系统的继电保护相关技术领域尚存在较多关键性问题有待解决,在故障限流、定位与隔离手段上也存在不少技术难点。此外,要提出兼顾经济性与可靠性的快速保护体系尚需大量的工作与研究。针对以上现状,本文通过查阅与研究现阶段国内外低压直流系统的大量相关研究成果,总结先前工作的创新与不足,提炼出目前在低压直流系统中尚有待解决的关键问题,并以这些问题为切入点进行了以下的研究工作:首先,在建立了低压直流系统仿真模型的基础上,提出了低压直流系统换流器故障自锁穿越能力的概念,阐述了该能力对于低压直流系统保护的意义,对系统中不同换流器元件的拓扑结构及其故障自锁穿越能力进行了分析。其次,基于低压直流系统主换流器不具备自锁能力的结论,对其进行了故障分析。分析了高压与低压直流系统在故障上的区别,提出了适用于低压直流系统主换流器故障分析的相关理论,并在该理论的基础上提出了合适的故障限流手段及相关的限流器设计方法。再次,总结了低压直流系统在故障定位与测距上的难点,针对性地提出了一种故障测距单元以及搭载在其上的故障测距算法,该算法基于工程数学上的矩阵摄动定理,接着通过测距算法延伸出可靠的故障定位原理。最后,针对直流系统中直流断路器发展瓶颈所带来的问题,提出了一种基于半导体器件与交流断路器配合的故障隔离策略,并在该策略的基础上结合文中所有研究成果提出了一套兼顾实际工程经济性、实践性与可靠性的保护体系。所有的理论均通过了PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建的低压直流系统模型的仿真实验检测,具有很高的理论吻合度与实用效果。整个保护体系的提出解决了一些低压直流系统保护中的关键性问题,为配电级直流系统的经济建设与工程推广带来了促进作用。