为解决能源损耗所引发的电力系统生态环境问题,新能源发、输、配、用、储电成为国内外学者广为关注的研究热点。多端直流输电是提高新能源发电与并网安全、可靠与稳定的关键技术。中高压电压等级直流真空断路器作为多端直流输电系统中控制与保护设备之一,其动静态绝缘性能、介质恢复性能以及开断能力关系到所在直流系统全生命周期的运行稳定性。本文对单断口、双断口直流真空断路器换流拓扑结构、换流回路参数以及换流方案进行分析与优化设计,提出基于系统冗余的直流真空断路器换流回路模型。基于直流真空断路器换流回路拓扑结构分析,确定换流回路参数,以提高直流真空断路器开断性能。采用遗传算法,结合实验平台系统参数,以开断性能最佳、换流回路成本最低为双层级优化目标,定量分析换流频率对单断口直流真空断路器弧后电流及暂态恢复电压的影响;找到最佳换流回路频率范围,确定最佳换流拓扑与回路参数。以60kV双断口直流真空断路器为研究对象,提出两种换流回路拓扑方案,优化回路参数,对比分析不同拓扑方案下双断口直流真空断路器瞬态恢复电压上升率及弧后电流下降率分布,确定双断口直流真空断路器开断性能最佳回路设计方案。基于单断口、双断口直流真空断路器实验平台,对仿真结果与实验分析进行比对,进行模型再修正。通过调控模型约束条件与系统评价标准,进行多尺度融合分析,以高开断率、低成本为双层级优化目标,对典型直流真空断路器进行数据分析,找到不同电压等级下,满足系统冗余设计的换流回路参数群,形成不同工况下数据库,为介质恢复、机构分散性研究提供数值分析参考。