随着电力负荷的增长以及新能源技术的不断发展,人们对于大容量、远距离输电有着更加迫切的需求,直流输电系统由于具有灵活、可靠、便捷的优势,必将在未来的电力系统中发挥重要作用。然而直流系统中的短路故障问题严重阻碍了其快速发展。高温超导直流限流器因自触发、限流、损耗较小等优点成为解决直流输电系统短路故障的有效设备,为提高电力系统的电能传输质量和运行稳定性提供了有效保障。超导限流单元是高温超导直流限流器的核心部件,其在直流输电线路故障状态下表现的暂态电阻特性以及在非故障状态下的电磁稳定性对超导直流限流器的拓扑结构设计具有重要意义。目前,超导直流限流器仍处于初步探索阶段,拓扑结构设计还未成熟。本文在已有超导直流限流器拓扑结构的基础上提出了一种新型的超导直流限流器拓扑结构,并对其工作原理和数学模型进行了介绍;通过对二代高温超导材料电热性能的分析,建立了超导限流单元的电阻率模型、温度模型以及电-热耦合模型。为了验证新型超导直流限流器在直流输电系统中的限流效果,本文首先对典型直流输电系统 VSC-HVDC(Voltage Sourced Converter Based high-voltage direct current)进行了简介,随后应用MATLAB中的Simulink模块搭建了含有新型超导直流限流器的VSC-HVDC系统,并根据限流要求确定了新型拓扑结构的关键参数;通过对短路故障的暂态模拟,获得了在直流系统短路故障下,超导直流限流器的限流比率、超导限流单元的暂态电阻变化规律以及超导限流单元的温度变化特征。针对超导限流单元,为保证其在直流系统中的运行稳定性,本文对超导限流单元在实际运行中的临界电流进行了计算。首先利用有限元仿真软件COMSOL搭建了超导限流单元的电磁仿真模型,并根据拓扑参数确定了超导限流单元的结构参数;通过对超导限流单元的电磁仿真分析,得到了不同激励电流下超导限流单元的磁场分布情况,根据高温超导材料临界电流与磁场的关系,最终计算得到超导限流单元的实际临界电流。最后,对新型超导直流限流器在设计和仿真中体现的各种性质进行实验验证。本文首先搭建了临界电流测试平台,对超导限流单元的临界电流进行测试;随后搭建了直流电源冲击实验平台,对超导限流单元的暂态电阻特性进行验证;最终证明了本文提出的新型超导直流限流器拓扑结构可以满足直流系统的限流要求。