随着能源系统的迅速发展,高压直流输电在远距离、大容量方面的优势逐渐显现出来。柔性直流输电由于具有无换相失败、控制方式灵活、无需无功补偿、便于构建多端直流电网等方面的优势,受到了世界各国的广泛关注,成为当前远距离输电的首选。然而,现如今的柔性直流电网,如基于两电平、三电平电压源型换流器和MMC型换流器的柔性直流电网,面临的最大的挑战是如何有效的经济性的处理直流故障。目前通常采用的解决方案是应用直流断路器实现直流故障的清除,这样也对直流断路器的开断能力提出了很高的要求,使得直流断路器成本增加且控制复杂。因此,为探索一种可行的直流故障解决方案,本文提出了一种基于PWM电流源型换流器的柔性直流电网拓扑结构,可以实现直流故障电流的有效抑制,降低对直流断路器的要求。本文首先分析了 PWM电流源型换流器改进拓扑结构H7-CSC及其工作原理和调制方法,该拓扑结构可以实现后级换流桥的零电流开关,有效降低电流源型换流器的损耗。进一步地,本文提出一种具有简单的直流故障穿越能力的基于PWM电流源型换流器的柔性直流电网拓扑结构,直流侧采用LCL滤波器,子模块采用H7-CSC拓扑结构,开关器件为双向功率开关器件,从而实现传输功率的双向流动。同时,当直流母线单极接地故障发生后,双极性的组网形式也可以保证柔性直流电网持续稳定的工作。此外,本文还分析探究了所提出的柔性直流电网的关键电气参数设计的选取原则,进一步地,研究了所提出的柔性直流电网的运行原理和控制方法。接下来,本文分析研究了所提出的柔性直流电网在处理直流故障方面的优越性。首先应用拉氏变换方法分析了所提出的柔性直流电网的直流故障暂态特性,发现如果不采取相应的保护方法,直流故障电流上升率将会很高,严重威胁柔性直流电网的正常运行。因此,本文提出了基于PWM电流源型换流器的柔性直流电网的直流故障检测、处理及恢复方法,所提出的故障保护方法主要侧重于直流断路器和换流器直流故障协同控制方法,针对不同的直流故障类型,该方法可以降低对直流断路器的要求,甚至采用机械开关即可有效处理直流故障。最后,在PSCAD中搭建所提出的柔性直流电网仿真系统,并搭建所提出的柔性直流电网低压实验平台,通过仿真和实验验证了所提出的基于PWM电流源型换流器的柔性直流电网及其控制和保护方法的可行性。