近年来,随着可再生能源技术的发展以及电网容量不断增大,传统的交流输电已经不能满足社会的需求。而电力电子器件的发展以及直流输电展现出的优势使得高压直流输电技术高速发展,高压直流断路器作为直流输电系统的关键设备,其研发迫在眉睫。目前直流断路器研发存在的技术难题主要有:直流电没有自然过零点,故障发生后灭弧困难;直流系统阻抗小,发生短路故障后故障电流上升速度快,峰值高;交流断路器不适用于高压直流系统的故障开断;故障检测的快速性与故障开断的可靠性难以平衡。文中详细介绍了目前国内外直流断路器的研究现状,对目前存在的三种类型直流断路器的拓扑结构、工作原理以及优、劣势进行对比分析,指出混合式高压直流断路器具有通态损耗小,开断容量大、无弧分断等优势而成为了当下研究趋势,但受限于技术仍存在不足。为兼顾断路器速动性和可靠性,同时拥有更好的限流效果,引入了结构简单,响应速度快,自动触发以及失超后高阻抗的电阻型超导限流器,用以限制直流系统故障电流的上升率和峰值,同时保证系统发生故障后断路器能够快速动作并且可靠响应。文中详细阐述了超导技术和研究中涉及到的直流开断技术,为断路器的设计提供理论基础和技术支撑。针对现有混合式高压直流断路器开断性能的不足,提出了两种基于电阻型超导限流器的高压直流断路器拓扑结构。提出的断路器结合超导限流器的超导特性,机械开关开断容量大和全固态电子器件灵活可控等优点,有效抑制了短路电流的上升率和峰值;断路器拓扑合理配置全控和半控型电子器件,控制灵活可靠性高;增加换向电容和限流电感等元件,加快了换流速度,减少了分断时间,大幅降低了避雷器的能量吸收率。在拓扑结构中加入电容自充电回路,有效解决了换流电容充电问题。通过对断路器各工作阶段的数学推导建模和相关器件的参数设计,在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建320k V/1.6k A高压直流系统短路故障模型,仿真分析电阻型超导限流器的限流特性以及本文所提断路器拓扑的开断特性,仿真结果表明,失超阻值越大,断路器限流效果越好,但限流器受到的电压冲击更大,综合考虑选取30Ω作为文中限流器的最终失超阻值;相较于传统混合式高压直流断路器,本文提出的断路器故障分断电流峰值为3.5k A,下降了41.7%,避雷器吸收能量0.75MJ,下降了90%,分断故障总用时5.9ms,使用电力电子器件总计1490个,同时明显降低了故障电流上升率,完成无弧分断,表现出了更好的开断特性和经济性。