柔性直流输电技术为构建未来直流电网提供了有效的技术支持,然而如何快速隔离直流侧故障一直是制约直流电网的发展的一个难题。直流断路器作为一种关键直流开断设备,响应速度快,恢复时间短,可以显著降低直流输电系统中电力电子器件过流风险,但是也存在直流电弧难以熄灭、需要在几ms内快速分断以及过电压高等研究难点。本文以目前已有的模块化全控混合直流断路器作为研究对象,进行了以下研究:(1)研究直流断路器改进拓扑。针对成本较低的基于二极管桥式子模块结构的模块化全控直流断路器进行了拓扑改进,其在实现直流断路器快速双向分断功能的基础上,可以提高重合闸速动性。文中采用限流电路减小了断路器分断过程中通过的电流峰值和两端过电压峰值,并详细分析该改进拓扑合闸、分闸以及重合闸的动作过程及原理。(2)研究直流断路器控制策略和在直流电网中的应用。针对本文中的改进拓扑,在其工作过程中采用“故障自处理和自恢复”以及可提高动作速动性的“预先换流”故障预处理控制策略,并以MMC三端直流系统为例,分析系统故障特性,提出了直流断路器在多端系统中“断路器就地保护”和上层继电保护系统相协调的应用策略,该控制策略可以防止多端系统中非故障线路直流断路器误动作。(3)基于本文中改进的直流断路器拓扑和三端直流系统模拟算例,进行了直流断路器应用在多端直流系统中的参数设计。最后通过PSCAD/EMTDC仿真分析了该改进拓扑结构功能、参数设计、控制策略以及在多端直流系统中应用策略的合理性,并搭建低压实验平台进行了该拓扑分断功能的实验验证。