随着新的大功率电力电子开关的出现,使得直流输电在技术上能够满足控制要求,在经济上也具备了与交流输电相互竞争的能力。不同于交流输电,直流输电系统存在弱阻尼特性,短路故障发生后,故障电流迅速上升,峰值较大,对直流系统安全稳定运行构成威胁。研制出能够快速分断故障电流的直流断路器,对直流系统的安全稳定运行具有重要的意义。本文对混合式直流断路器（hybrid DC circuit breaker,HCB）工作原理和电气应力进行分析,结合其优缺点,提出两种具有限流能力的混合直流断路器。本文对典型的混合式直流断路器的拓扑结构、工作原理、优点及其存在的问题进行分析,得出HCB具有通态损耗低、易于控制等优势而成为直流开断设备发展的主流方向,然而HCB依然存在灭弧困难、开断速度慢和耗散能量大等问题。对HCB的研发应用中所涉及到分断原理和不同阶段的电气应力分析进行了阐述,为拓扑结构的设计打下理论基础。针对HCB在分断过程中存在的问题,结合其拓扑优点的情况下,提出了一种预充电型混合式直流断路器（pre-charge hybrid DC circuit breaker,PH-DCCB）拓扑,基于预充电电容的负压回路,可在故障发生后可迅速投入抑制故障电流的上升速率,通过限流支路以降低断路器开断电流的峰值。此外,基于PH-DCCB的拓扑结构提出一种改进的耦合型混合式直流断路器（coupled hybrid DC circuit breaker,CH-DCCB）拓扑,在不影响断路器开断性能的前提下,优化了拓扑结构与控制方法,引入耦合电感部分,限流时投入之后降低故障电流上升率,断路部分动作后非故障侧电感能量通过放电回路释放,减少避雷器吸收的能量,缩短了故障分断时间。针对所提出的两种限流型拓扑结构,介绍了拓扑结构与工作原理,对分断过程进行理论推导,并给出主要器件参数的选择。在PSCAD/EMTDC仿真平台,搭建直流系统接地短路仿真实验模型。仿真结果表明,PH-DCCB能够在故障发生后有效限制故障电流的上升速率,可使得断路器能够在较低电流水平下完成开断过程,减少全控型电力电子器件的使用,制造成本约为传统直流断路器的55.3%。改进后的CH-DCCB在几乎不影响断路器开断性能的前提条件下,与改进前的PH-DCCB相比避雷器吸收能量值下降50.1%,故障分断耗时缩短也有更进一步的提升,能够达到直流故障开断的要求。