为解决能源产地远离负荷集中地区的矛盾,以及适应清洁能源并网发电和城市配电网升级的要求,直流输（配）电技术受到了各国电力部门的重视。HVDC技术在远距离输电、分布式能源并网、城市供电方面有着传统交流输电无法比拟的优势。直流断路器作为保证直流系统安全稳定运行的重要组成部分,其发展难以跟上直流电网多端化、高压化、大容量化的发展趋势。研制高性能的高压直流断路器已经成为HVDC技术继续发展的保证。本文在查阅了大量相关文献基础上,阐述了机电混合式直流断路器的研究背景。分析了目前机械式、全固态式、混合式直流断路器的开断原理、优缺点和国内外研究情况。根据目前混合式直流断路器所存在的问题以及直流电网对直流断路器提出的要求,提出了一种工作寿命长、可靠性高、通态损耗小、具有双向开断能力的机电混合直流断路器。本文所提出新型机电混合式直流断路器采用自然换流与强迫换流结合的方式对直流功率进行转移,进而分断直流电流。本文所提出的拓扑方案最核心的过程为利用电弧电压启动能量的转移过程。为了对自然换流过程进行仿真,需要对直流电弧进行数学建模,本文简要介绍了Cassie模型、Mayr模型、KEMA模型,分析了其适用范围,并引入了电弧双通道模型来求取电弧模型中的参数。设计了新型机电混合式直流断路器的拓扑结构,与现有混合式直流断路器相比,本文所提出的拓扑方案在确保开断能力的同时,既降低了断路器通态损耗,又使断路器的工作寿命得到保证。提出了阻容型、固态开关型换流支路的拓扑结构和工作原理,归纳了能够提升断路器整体性能的关键元器件,提出了阻容型换流支路中电容值的计算方法。分别对基于阻容型换流和基于固态开关型换流的混合式断路器的动作时序和电压电流变化进行分析。在MATLAB/SIMULINK环境下对基于SF₆断路器的混合式断路器进行145k V/8000A的直流电流开断仿真,分别验证了阻容型换流支路和固态开关型换流支路实现能量转移的有效性、缩短燃弧时间的有效性,并对其开断直流电流的全过程进行仿真分析。最后在实验室搭建了所提出的新型混合式直流断路器的换流支路拓扑结构的缩小比例实验室原理样机,通过进行缩小比例实验,对两种换流支路拓扑结构进行实验验证。仿真与实验结果证明,依据本文所提出的拓扑设计的混合式直流断路器,具有极低的通态损耗和较高的可靠性,降低了直流电流的开断难度,直流电弧的燃弧时间被限制在极低水平,整机工作寿命得到了有效保证,并具有双向开断能力。