高压大功率三电平逆变系统故障形式多样且特殊，传统主设备保护已不能完全满足要求。针对三电平逆变系统的结构特点，将其划分为交流输入、直流和交流输出三个环节，对各环节可能出现的故障及其特性进行了分析，并指出现有保护配置与原理的不足，同时对新的保护原理与实现方法进行了研究。建立了系统的故障仿真模型，并以此为基础进行了仿真分析。所提出的保护配置在6 kV/1 MW三电平逆变系统中得到了应用，静态模拟以及试验研究均验证了所提出的保护原理与算法的正确性。