近年来,以风电、光电为代表的分布式电源在城市配电网中的渗透率逐步提升,有效提高了各类新能源的利用率。但在另一方面,大量分布式电源的接入也使得传统配电网中谐波污染、电压波动等问题日益严峻。交直流混合配电网正是在这一背景之下得以提出。交直流混合配电网中的直流配网和交流配网通过换流器相连。在发挥直流配网响应速度快、兼容性高、节省供电走廊等优点的同时,充分保留了现有交流配网的优势,是一种极具潜力且经济性高的未来配电方式。本文以直流变压器作为研究对象,对其各类故障特性展开分析,提出新的子模块开路故障诊断方法,并为其直流侧故障配置保护方案,希望达到保证设备稳定运行的目的。直流变压器被誉为交直流混合配电网的“心脏”,在系统中起着直流变压和交直流换流的作用,其可靠性直接影响整个配电网的稳定运行。直流变压器的结构多样,基于模块化设计的拓扑结构是目前研究的热点。针对直流变压器内部的子模块开路故障,本文提出将小波分析运用到故障诊断中,利用小波分析强大的特异性检测能力,能高效诊断故障子模块的位置。针对小波分析在工程应用中的最优小波函数问题,本文引入皮尔逊相关系数,通过比较故障检测信号与不同小波函数间的相似性,确定用于故障诊断的最优小波函数。最后在MATLAB/Simulink仿真平台上搭建符合工程实际的直流变压器模型,验证所提出的故障诊断方法的有效性和可行性。针对模块化设计的直流变压器的外部故障,本文对直流侧的单极接地故障、双极短路故障进行故障特性分析,并建立了故障时的数学模型。通过分析可得,直流变压器在发生单极接地故障时,系统能维持一段时间的稳定运行,但其高频变压器中会出现明显的直流偏置,给设备带来消极影响;在发生双极短路故障时,瞬态冲击电流的主要成分为子模块电容放电电流,稳态短路电流的主要成分是非故障侧通过变压器耦合带来的馈入电流。在MATLAB/Simulink仿真平台上得到的仿真结果验证了理论分析的正确性,为直流变压器的工程应用提供了理论基础。