高压直流换相失败(CF,Commutation Failure)是高压直流输电系统最常见的故障之一。换相失败会造成直流电压的下降和直流电流的上升,连续换相失败甚至会影响换流设备的正常运行及输送功率中断,对系统的安全稳定运行造成威胁。本文基于电路理论与电力电子理论,推导总结了换相失败过程及阀电流、换流变阀侧电流特征,提出了基于阀电流和阀侧电流特征的换相失败检测方法。论文的主要工作如下:(1)分析了一次换相失败、两次连续换相失败及两次不连续换相失败的一般过程及相关电气量特征,考虑特定系统条件、12脉动换流器以及控制系统提前触发的影响,着重分析了与传统研究不同之处,推导并解析了一次换相失败、两次连续换相失败及两次不连续换相失败时具体阀动作过程及阀电流特征,并在此基础上分别推导计算了换流变阀侧电流一次换相失败、两次连续换相失败及两次不连续换相失败的数学解析式及特征波形,并用仿真波形进行了验证。(2)分析了换相失败时阀电流特征,并提出了一种阀电流特征的换相失败判据,设计了基于阀电流特征的换相失败检测方法,其主要包含三部分:阀电流极值点及其前后变化速率检测、阀电流最大值检测及极值点后阀电流持续非零时间检测。以CIGRE HVDC标准测试模型为例,在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件搭建基于阀电流特征的换相失败检测模块,通过仿真验证了理论分析的正确性和所提换相失败检测方法的有效性和准确性。(3)以更具工程实用性的换流变压器阀侧电流为研究对象,针对阀侧电流在换相失败期间的两种情况特征,提出了一种基于阀侧电流特征的换相失败判据,并设计了基于阀侧电流特征的换相失败检测方法,在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中基于CIGRE高压直流标准测试模型搭建换相失败检测模块并进行了仿真测试,仿真结果验证了对阀侧电流换相失败波形特征分析的正确性,所提判据能准确快速地检测到系统是否发生换相失败。