为实现能源大范围优化配置,我国正积极推进“西电东送”战略的实施。电网换相换流器型高压直流输电（Line Commutated Converter based High Voltage Direct Current,LCC-HVDC）凭借其传输容量大、传输距离远等技术优势,近年来在我国飞速发展,成为了“西电东送”战略的重要技术支撑。在直流输电迈向更高电压等级、更大传输容量和更紧凑的输电结构的趋势下,交直流、送受端之间的耦合日益紧密,单回直流系统换相失败对区域电网的影响日益严重,引发直流输电系统换相失败的故障工况也日益繁杂,导致现有换相失败防治策略已不再完全适用。亟需探究多类故障工况下换相失败的发生机理,进而形成更完备的换相失败发生机制和更全面的换相失败防治技术。本文在国家自然科学基金青年科学基金项目“含多类FACTS装置的高压直流输电系统的换相失败发生机理及其抑制方法研究”（51907058）、国家重点研发计划“可再生能源发电基地直流外送系统的稳定控制技术”（2017YFB0902000）、国网总部科技项目“酒湖工程特高压直流输电物理模拟平台的建设和换相失败机理及防治措施研究”（SGTYHT/17-JS-201）等资助下,依托国家电能变换与控制工程技术研究中心,围绕多控制器交互所致换相失败的机理与防治、多直流输电线路耦合所致换相失败的机理与防治、送受端交流故障所致换相失败的机理与防治和LCC-HVDC物理模拟平台及换相失败的物理模拟等方面开展了相关研究工作,形成了考虑直流系统内、外部影响因素的换相失败综合防治技术,可为实际工程中换相失败的防治提供理论依据和实践指导。主要研究内容和研究成果包括:（1）针对LCC-HVDC内部多控制器交互影响问题,研究了多控制器交互作用所致换相失败的机理及其防治方法。首先根据直流输电系统的基本控制结构,给出了控制系统中各控制器的数学描述方法。基于各控制器的描述函数,分析了故障工况下多控制器间的动态交互过程,给出了系统故障和恢复期间的运动轨迹,进而分析了各控制器自特性对系统恢复的影响。然后,分析了故障持续时间、故障严重程度以及受端交流系统强度等影响因素对多类控制器交互不当所致换相失败的影响机理。最后,本文提出了基于改进型定关断角控制的换相失败防治方法,并通过仿真验证了所提换相失败机理的准确性与防治方法的有效性。（2）针对LCC-HVDC各直流输电线路耦合影响问题,研究了输电线路耦合效应所致换相失败的机理及其防治方法。首先基于单根均匀传输线的数学方程,建立了同塔多直流输电线路的数学模型。基于所建立的线路模型,分析了线路耦合效应的影响因素,研究了故障工况下线路间的电磁耦合机制;然后,揭示了直流系统不同运行方式和不同线路结构对线路耦合效应所致换相失败的影响机理。最后,基于上述理论分析,提出了适用于单、双回直流系统中线路耦合效应所致换相失败的防治方法,并通过相应仿真实验证明了其有效性。（3）针对LCC-HVDC外部交流系统故障问题,研究了送、受端故障所致换相失败的机理与防治方法。首先分析了送端、受端交流系统常见的故障类型及其故障影响特征。其次,基于各类故障的影响特征以及直流输电系统准稳态方程,分别分析了送端和受端各类交流故障所致换相失败的发生机理,并分别研究了针对送端或受端故障所致换相失败的防治方法。最后,将仅考虑送端或受端故障的防治方法进行了集成和简化,形成了同时考虑送、受端交流系统故障的综合改进控制策略。仿真结果表明,所提方法可有效降低外部交流系统故障引发直流换相失败的风险。（4）针对LCC-HVDC换相失败的物理模拟问题,研究了低压直流输电物理模拟平台的搭建方案以及换相失败模拟方案,主要包括系统接线方案、阀组拓扑结构、直流控制策略、故障模拟方法和故障保护方法,并据此搭建了1600V/100 k W单极双十二脉动直流输电物理模拟平台。本文详细介绍了所搭建物理模拟平台在系统布局、硬件和软件方面的设计思路,通过所搭建的直流输电物理模拟平台对多类故障所致换相失败现象进行了模拟,并进行了基于所提改进控制策略的换相失败防治实验。实验结果表明,平台整体设计合理,具有良好的稳态和动态特性,可安全可靠地模拟多类故障所致的换相失败现象,且所提防治策略可一定程度上降低换相失败发生的概率。