柔性直流输电是一种基于模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）的新型直流输电技术,凭借着无换相失败风险、功率解耦控制、谐波含量低等独特优势,在新能源并网领域拥有广阔的发展前景和较高的工程价值。但由于直流系统故障发展速度较快,且区别于交流系统不存在故障电流过零点的性质,进一步提高了直流系统对故障保护装置速动性和可靠性的要求。直流断路器（direct current circuit breaker,DCCB）作为隔离故障的关键设备之一,是保障柔性直流输电系统稳定运行不可缺少的一部分,然而高压直流断路器仅具备故障隔离的能力,为了确保直流电网的供电可靠,减少多发的瞬时故障对系统的影响,本文针对直流电网短路故障进行了研究和创新,主要研究内容如下:文中首先介绍了柔性直流电网的组成结构,分析了直流侧故障的发展机理,建立了故障电流的暂态数学模型,证明了快速清除短路故障的必要性。之后,将DCCB研究过程分为故障清除阶段和重合闸阶段,故障隔离阶段以DCCB作为线路保护装置为研究重点,分析了故障隔离原理和分断故障电流的条件;重合闸阶段介绍了故障判别原理和自适应重合闸控制时序,并分析了永久性故障下盲目重合闸产生的过电压和过电流危害。同时利用测试模型对上述两阶段DCCB的电气特性进行仿真,其仿真结果也验证上述理论分析的正确性。为了解决传统混合式直流断路器故障清除速度受机械时间常数限制等问题,文中提出了一种基于预充电电容的钳位式高压直流断路器,实现了故障隔离过程与故障泄能过程的解耦。之后分析比较了同类型混合式直流断路器的工作原理和优缺点,借鉴其故障隔离的理论基础,从开断速度、设备成本、元件性能等方面对混合式直流断路器拓扑结构进行优化,最后利用仿真软件搭建的200k V环形直流网络对故障发生后的暂态过程进行了详细分析,仿真结果也验证理论分析的可行性。考虑到目前针对直流断路器拓扑结构的研究经常忽略后续供电恢复的问题,文中针对所提钳位式直流断路器制定出一种自适应重合闸方案,利用直流断路器拓扑结构的优势,使预充电电容与故障点形成了独立于换流站的外部放电回路,利用该回路中的电压和电流特征量实现故障性质的判别,两组故障判据相互配合,进一步提高故障性质识别的准确性,极大程度避免了换流站在短时间内遭受二次故障冲击。直流断路器与重合闸策略的相互配合形成了一套完整的保护控制方法,保障了电力系统的稳定运行。