直流配电系统的保护策略、保护效果与主电路参数和控制策略密切相关，在保护系统设计时，应充分考虑与控制系统的配合，以使系统动态性能达到最优。控制系统根据系统参数和运行方式确定保护装置整定值，发送给保护系统;而保护系统将检测到的故障或异常信息及开关设备动作情况反馈给控制系统，控制系统实时调整运行方式，并确定新的保护整定值发送给保护系统。利用换流器的快速调节能力，将控制系统与保护系统相结合，可以形成自适应的保护系统，以提高直流配电系统故障情况下的不间断运行能力 。
针对不同的故障类型与故障位置，应配备不同的保护。国内外文献对直流配电系统保护配置尚无系统阐述，结合交流系统和直流输电系统保护系统设计，在直流线路安装直流断路器的情况下，直流配电系统保护配置可以考虑以下方面:
1)交流电源侧保护。交流电源侧保护比较复杂，包括换流器直流侧及交流侧的区内和区外故障。
2)变换器保护。由于变换器的冗余设计，当一个或多个IGBT故障时变换器仍可工作，保护装置只发出告警信号;但当损坏的IGBT超过一定数量时，需要闭锁变换器并跳闸。另外，由于换流站运行环境良好，内部母线、触发脉冲等发生故障概率较小，但故障一旦发生，往往比较严重，通常视为永久性故障，要求保护系统立即闭锁换流站并跳闸，以便检查故障原因，直到清除故障后再重新启动运行。
3)直流网络保护。直流配电系统一般采用电缆线路，直流网络故障多为永久性故障，主要包括接地故障和极间故障。直流线路发生极间故障时，保护应立即动作，隔离故障。接地故障的保护与直流线路接地方式有关。一般来讲，直流配电系统可以单极接地或中性点接地。目前已投运的基于两电平或三电平USC的柔性直流输电系统大多数采用直流侧电容中性点接地。而基于模块化多电平的柔性直流输电工程则在直流侧或交流侧构造人为中性点接地。无论哪种中性点接地方式，发生直流线路接地故障时直流断路器都必须立即跳闸。但不同的接地方式下，故障特征不同。
若直流配电系统为单极接地系统，则非接地极线路发生接地故障时即为极间故障。接地极发生另一点接地时，对直流线路没有影响，系统仍可正常运行，但会对周围设备产生影响，保护装置应发出告警信息，提醒运行人员排除故障。
4)负荷侧保护。当无源负荷发生故障时，保护系统立即跳闸，并发出告警信号。而当分布式电源或储能设备出口发生短路故障时，应根据线路过流情况，发出告警信号或直接跳闸。
此外，保护系统应配置故障录波和事件记录仪器，在直流配电系统出现故障或异常运行方式时自动启动，以便于分析故障的原因和查找故障设备。
直流配电系统交流电源侧的故障可以由传统交流配网的保护方法进行检测，此处只侧重于直流线路故障的检测方法。
对于直流线路上发生的过电压、过电流、低电压、过载等故障，可以通过检测直流线路电流和电压量来判断。当直流线路发生短路故障时，直流线路电流迅速上升，若电流增量超过整定值，同时直流电压低于整定值并超过一定时间时，则可以判定该线路发生故障。交流侧发生短路故障时，直流线路也会检测到一定的过电流和低电压。为区分交、直流侧短路故障，除设定不同的保护整定值外，还需要同时检测直流线路故障电流上升率。有文献还针对单电源多负荷直流配电系统提出了一种基于阻抗特征的故障检测方法。该方法在电源与负载接口处注入小信号正弦扰动电流，在复平面内画出电源输出阻抗与负载输入阻抗比值随频率变化的区域，由此判断系统的稳定裕度和确定故障模块。
如前所述，直流配电系统故障电流发展迅速，要求保护器件在极短的时间内(某些情况下可能小于2 ms)检测出并隔离故障。鉴于尚无成熟、经济的直流断路器，不少学者在如何利用现有保护装置保护直流配电系统方面进行了探索。
有文献以简单多端直流配电系统为例，提出了基于过电流的分区保护方法。模型系统利用具有限制和切断电流能力的换流器、CDCCB及保险丝将整个系统隔离为整流器交流区、直流区、交流负载区和直流负载区。分区保护的方法不需要保护装置间的通信，故障就地检测和隔离，实现装置快速动作，并且省去了直流断路器，远端装置也可以形成后备保护。由于电压等级和故障限流能力的限制，分区保护目前主要应用在舰船系统。
也有文献针对多端直流系统提出了一种利用交流断路器和快速隔离开关隔离故障及恢复系统的方法一“握手”方法。当直流线路发生故障时，所有换流站锁定IGBT，选出潜在故障线路后断开交流断路器。当电弧熄灭后，打开潜在故障线路的快速隔离开关隔离故障。重合交流断路器，通过“握手”的方法恢复线路。此方法的优点是可以不使用直流断路器，使网架建设成本达到最小，但断电时间长、影响范围广。
具有故障限流能力的换流器和限流装置的发展给直流配电系统的保护设计提供了新思路，研发低成本、大容量的直流断路器或将限流装置与小容量断路器相配合是未来直流配电系统保护技术研究发展的两个方向。
