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高压直流输电技术起步于20世纪50年代，而突破性的发展是在80年代，进入21世纪后，更是备受关注。近年来，高压直流输电技术在我国发展迅速，已成为远距离输送电能的发展方向。我国现有多条高压直流输电工程和柔性直流输电工程，并计划建设多条直流输电工程，直流断路器作为换流站直流场的主要开关设备必不可少。我国直流输电技术在20世纪80年代得到重要发展，建成了代表当时世界水平的葛洲坝—上海±500kV直流输电工程。随后我国在发展直流输电方面的步伐不断加快，到2011年已经有17个直流工程输送超过4000万kW的电力。当前我国直流输电工程的运行规模和建设规模都是世界第一。特别是在2010年和2011年相继建成投产了±800kV云南—广州特高压直流工程和±800kV向家坝—上海特高压直流工程，使我国直流输电技术达到世界先进水平乃至领先于世界。目前直流输电技术的发展方兴未艾，表3-1为截至2015年在中国大陆运行的、在建的和计划的高压直流输电工程。
表3-1 我国高压直流输电工程
（续）
传统高压直流输电的核心是相控环流器（PCC）技术，基于PCC技术的高压直流输电具有以下不足 [1] ：①不能向小容量或无源交流系统供电；② 换流器产生的谐波次数低、容量大；③ 换流器吸收较多的无功功率；④换流站投资大、占地面积大。
随着风力发电等新能源的开发，迫切需要将这些分散化、小型化的电能通过经济环保的方式输送到电网中。此外孤岛用电、城市扩容送电等都对现有的输电模式提出了很高要求。采用电压源换流器（Voltage Source Converter，VSC）和大功率可关断电力电子器件绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的柔性高压直流输电便应运而生 [1] 。IGBT具有开关频率高、损耗小和驱动简单的优点，适用于高电压、大容量的应用场合。柔性直流输电技术从根本上解决了换相失败问题，被工程界高度重视，得到了快速发展。柔性直流输电采用电压源换流器，换流阀为大功率可关断电力电子器件绝缘栅双极型晶体管。柔性直流输电相比于传统的基于电流源换流站的高压直流输电具有设备重量轻、占地面积小、安装和调试时间短及运行和维护费用低等特点。其优势如下 [2] ：①可控性强，柔性直流系统可以快速、独立地调控有功功率和无功功率，增强了系统电压的稳定性；②易进行潮流反转，柔性直流系统在进行潮流反转时，不用改变电压极性以及控制系统与电路拓扑结构，仅需改变电流方向，具有更高的可靠性；③可实现与交流系统无缝衔接，柔性直流系统不会换相失败，换相不依赖外部电压，因此不仅可以给有源网络供电，还可以向无源网络供电；④谐波大幅减少，无须大量加装滤波设备；⑤换流站独立性强，各换流站可独立控制，易于实现自动调节，有助于多端直流系统的实现。
柔性直流输电拓展了直流输电的应用范围，并且以其众多的优势而备受关注。由于柔性高压直流输电系统的平波电抗器值较小，部分柔性直流输电系统用直流电容器平波，因此短路故障电流上升率极高。系统发生短路故障时，系统电压骤降，为了防止系统电压崩溃，CIGRE大电网直流工作组建议柔性直流输电系统发生短路故障时，电压不能低于系统额定电压的80%，因此通常需要在5ms内限制或开断短路故障电流，防止系统电压低于原系统额定电压的80% [3-7] 。表3-2为截止到2017年中国已经运行的和在建的柔性高压直流输电工程。
表3-2 我国柔性高压直流输电工程
目前我国已有很多运行和在建的高压直流输电工程和柔性直流输电工程。直流输电技术虽然已经比较成熟，但是相对于交流输电网灵活、多样的连接方式，世界上已运行的直流系统绝大多数仍采用两端系统，其主要原因就是缺乏实用的高压直流断路器。直流断路器是解决系统联网、提高可靠性和可控性的重要方法。若能突破直流断路器的开断难题，建立多端直流电网，则在直流输电方面能够有更多的益处。多端直流电网与点对点连接的直流输电线路相比具有很大的优势，即使一条线路不在服务中，功率也可以继续传输；交流/直流换流站在高压直流输电系统总成本中占据非常大的比例，如果有高压直流断路器，则可以减少换流站的个数。
自1954年世界第一条连接哥特兰岛（Got-land）与瑞典之间的高压直流输电（HVDC）线路投入商业运行以来，高压直流输电以交流输电不可替代的优点，在远距离大功率输电、电缆输电和交流系统的非同步联络等方面得到了广泛应用 [2] 。近年来，基于电压源换流器的柔性直流输电技术的出现，更使直流输电延伸到了近距离小容量的输电场合。我国电力系统直流输电技术发展迅速，目前已经运行和在建的高压直流输电工程超过20条，电压等级达到±1100kV；已经运行和在建的柔性直流输电工程超过5条，电压等级达到±500kV。我国直流输电主要包括超高压/特高压直流输电、背靠背直流系统、电压源型换流站直流输电和直流电网等。直流输电相对于交流输电具有明显的优势，直流输电的主要优势如下 [1] ：
1）输送相同功率时，线路的造价低，直流输电可以充分利用线路走廊资源，其线路走廊宽度仅为交流输电线路的1/2左右，且送电容量大，单位走廊宽度的送电功率约为交流的4倍；
2）线路有功损耗小，直流线路没有感抗和容抗，线路上没有无功损耗，直流架空线路的电晕损耗小，无线电干扰小；
3）适合于海底输电，直流电缆线路不受交流线路电容电流困扰，没有磁感应损耗和介质损耗，只有芯线电阻损耗，绝缘水平相对较低；
4）不受系统稳定极限的限制，若以直流线路连接两个交流系统，由于直流线路没有电抗，因而也就没有稳定问题，使直流输电不受输电距离限制；
5）直流联网对电网间干扰小，当采用直流联网方式时，能有效地隔断各个互联的交流同步电网之间的互相影响，有利于提高电能质量，特别是当一个系统发生连锁反应故障时，可以避免和减轻对另一个系统的影响；
6）输送功率的大小和方向可以快速控制和调节，运行可靠。
直流输电的不足主要有：
1）换流站设备昂贵，换流装置由大量高电压、大电流晶闸管或IGBT电力电子器件串并联组成，并附带有均压电阻器、电容器、电抗器、冷却装置及电子触发板等，约占总投资的1/3；
2）换流装置需要消耗大量的无功功率，整流器和逆变器所需的无功功率分别为有功功率的30%～50%和40%～60%；
3）换流装置在运行中产生大量的谐波且过载能力较小；
4）目前高压直流断路器成本过高且开断能力有限，限制了多端直流系统和直流电网的发展。
综合直流输电的优缺点可以看出，相比于交流输电，直流输电具有明显的优势，缺点主要在于换流站的成本高、损耗大及目前高压直流断路器的成本过高、开断能力有限和技术不成熟。如果能有满足直流系统短路电流开断、成本较低和稳定性好的高压直流断路器，将能促进直流多端系统和直流电网的发展。如果采用全直流电网，全部使用直流输电、直流配电，则无须换流站，将进一步降低直流系统的成本和损耗。
随着高压直流输电和多端柔性直流输电系统的迅猛发展，直流电网对具有短路电流开断能力的直流断路器有着迫切的需求 [8-10] 。若能突破直流断路器的快速开断难题，建立多端直流电网，则在直流输电方面具有颇多益处。例如在直流电网中，即使一条线路不在服务中，功率也可以继续传输。目前直流系统中交流/直流换流站占了非常大的成本比例，如果直流系统安装高压直流断路器，则可以减少换流站的个数，节约成本。图3-1形象地显示了四端直流电网安装直流断路器后换流站减少的情况 [9] 。图3-1左边图为四端点对点系统，右边为四端网状网络。白色方块为交流/直流换流器，黑色方块为高压直流断路器。从中可以看出，直流系统安装了高压直流断路器后，换流站的个数由左边的12个减少为右边的4个，显著降低了直流系统的成本。
图3-1 多端直流输电系统换流站和直流断路器分布示意图
白色方块—换流器；黑色方块—直流断路器
由于直流电流无自然过零点的特性使断口中电弧不易熄灭，因此交流断路器不能直接应用于开断直流电流。尤其在高压、特高压直流系统实现直流电流的快速开断更是困难，直流断路器的成功研制是解决高压、特高压多端直流输电的关键性技术难题。
柔性直流多端输电系统的短路故障电流上升极快，当短路故障发生时，系统电压将出现跌落，需要迅速限制短路电流上升以防止系统电压进一步下降。柔性直流多端输电系统换流器中的功率电力电子器件的耐受冲击特性较差，过大的短路故障电流冲击有可能彻底损坏电力电子器件。综上所述，为了保证柔性直流多端输电系统安全稳定运行，迫切需要安装具有快速限制短路故障电流水平的高压直流断路器，以保障系统安全 [27] 。
直流电流无自然过零点，电流和电压连续不间断，能量巨大，因此高能量直流电弧很难熄灭。柔性直流输电系统的短路故障电流上升率极大，要求直流断路器具有快速开断能力，能在系统电压塌陷前限制短路电流幅值。因此高压直流断路器的设计和实现难度远高于高压交流断路器。研制新型的高压直流断路器，提高直流断路器的开断能力，实现快速可靠开断，成为目前直流断路器研究与发展的主要目标，这既是满足多端直流输电、直流电网等技术发展的要求，也是实现我国电力系统安全稳定运行和直流输电建设发展迫切需要解决的实际问题，具有重要的理论和实际意义。目前直流断路器的研究难点主要为：
1）无自然过零点；
2）需要在几毫秒时间内迅速限制短路故障电流幅值和上升率；
3）吸收大量能量；
4）暂态恢复电压上升速度极快；
5）可靠开断及减少成本。
近些年，我国直流断路器的研究在理论和实践方面都有了长足的进步，但离直流断路器在直流电网的普遍应用还有很大差距。实现大功率高幅值直流快速开断是目前直流断路器研发中亟需解决的主要难题。