随着可再生能源发展规模及电力系统容量的持续增长,传统交流电力系统已难以满足用户对电能的需求。近年来高压直流输电技术凭借功率调节灵活、输电线路架设便捷、运行损耗小等系列优点受到国内外业界广泛关注。高压直流断路器作为实现高压柔性多端直流配电系统工程化应用的关键技术,其研发面临诸多技术难点:其一是直流系统电流不存在自然过零点,故障发生后断路器难以灭弧;另一方面直流系统短路后电流上升速度快,峰值高,断路器快速切断故障电流与保护系统准确判断系统故障之间存在矛盾。因此大容量直流断路器研究对促进多端直流输电系统的工程化应用具有十分重要意义。目前国内外对超导限流式直流断路器研究处于初步探索阶段,拓扑结构不够完善。本文在已有结构研究基础上提出了一种新型超导限流式直流断路器拓扑结构方案,其突出优势为:结合超导限流技术抑制故障电流初期上升率缓解系统灵敏性与可靠性间矛盾,降低对机械开关速动性需求,同时通过拓扑结构设计保障超导带材使用寿命;增加钳位电路使机械开关在换流过程中实现无弧分断;固态开关结合全控型与半控型器件优点,提高断路器容量并降低工程应用成本。随后针对新型超导限流式直流断路器主拓扑方案中存在不足进行优化改进,进一步提出了双向开断型拓扑与二阶换流型拓扑方案。本文首先对高压直流断路器研究背景及发展现状进行阐述。分别对直流断路器四类基本拓扑结构的工作原理、优势与不足及其国内外研究现状进行分析,指出混合型直流断路器因其结合机械型直流断路器结构简单与固态型直流断路器灵活可控的优点,故而被用作超导限流式直流断路器研究的基本结构。其次通过对直流断路器研究中涉及的关键技术进行总结与论述,为后续对各方案拓扑结构工作原理分析及仿真电弧模型、超导模型的搭建提供了理论支撑与技术支持。并在完成各拓扑工作原理分析基础上,建立了断路器主拓扑方案及二阶换流型拓扑方案开断过程的数学模型并计算确定仿真参数选择条件。随后在MATLAB/Simulink环境下建立10kV/3kA直流系统接地短路模型并对各方案下断路器限流特性及开断特性进行仿真验证。最后搭建传统强迫换流型断路器模型对比分析新型超导限流式直流断路器性能优劣,对比改进方案分析断路器优化特性。仿真结果表明,本文提出的新型超导限流式直流断路器拓扑结构能够有效开断大故障电流并完成机械开关无弧分断,达到预期效果。