基于电网换相换流器的高压直流输电凭借其大容量远距离传输、功率灵活可调、换流站损耗小和造价相对较低等优势,在电网跨区非同步互联、清洁能源大范围配置等领域得到了广泛应用。随着高压、特高压直流工程的不断建成投运,我国已经形成了世界上规模最大、电压等级最高的交直流混联电网。然而,由于交直流、送受端之间呈现出复杂、紧密的耦合特性,交流电网单一故障或单个换流站异常扰动都可能经过传导、放大,从而造成一系列的连锁故障反应。换相失败是高压直流输电系统运行中的常见故障,由于其采用了无自关断能力的晶闸管作为换流元件,当受端交流系统发生故障时,极易引发逆变器的首次换相失败。若未及时采取一些有效的抑制措施,还可能进一步演化为连续多次换相失败甚至直流闭锁。特别是,如果因此出现重负荷输电断面的功率大幅波动,还可能导致大范围潮流转移和输电线路过负荷跳闸,进而最终扩散演化为更大规模的连锁故障,造成送、受端电网失稳崩溃等严重后果。为此,本文围绕如何通过直流控制关键技术改进以提升高压直流系统的换相失败抑制能力这一问题展开研究,主要研究内容如下:（1）分析了交流故障起始阶段首次换相失败抑制效果的关键制约因素,提出了换相失败预防控制方案的优化和改进措施。首先,基于准稳态方程分析了首次换相失败的产生机理,利用暂态阶跃响应和微分方程,描述了换相失败后直流侧冲击电流的故障特性。其次,从交流故障发生时刻、逆变器瞬时无功消耗、换流器固有平台效应三个角度,分析了提前触发控制对于首次换相失败抑制的局限性。通过对工程中现有换相失败预防控制方案进行重现和分析,提出了工作细节和输出特性方面的优化和改进措施。最后,通过仿真算例验证了所提换相失败预防控制改进方案,并进一步确认了换流器固有平台效应的存在。（2）分析了交流故障下后续换相失败的机理和交直流交互特性,刻画了后续换相失败的安全边界并建立了其预警模型。首先,在逆变侧对称和不对称交流故障下,从电流控制目标冲突、直流侧电流振荡、电流偏差控制输出波动和锁相环相位跟踪误差等方面,分析了后续换相失败的诱发机理。其次,为了分析12脉波逆变器在不对称工况下的电压传递特性,提出了基于线电压的开关函数方法。通过直流侧电路的正弦稳态分析,并同时计及控制系统的交互作用,推导了不对称交流故障下逆变侧直流振荡电流的解析表达。在此基础上,利用换相电压-时间面积理论、模型预测计算方法,并充分考虑控制器的调节风险,得到了后续换相失败的安全边界和预警判据。最后,通过仿真算例验证了所提直流振荡电流计算方法的正确性,以及后续换相失败预警方法的有效性。（3）分析了直流系统故障恢复控制器的配合关系和调节特性,提出了具有后续换相失败风险感知能力的故障恢复控制策略。首先,讨论了首次换相失败后的直流电压、电流恢复过程中,逆变器定关断角控制经由低压限流环节与整流器定电流控制之间的配合关系。利用扰动分析法建立了整流器定电流控制的小信号传递函数模型,并在此基础上分析了故障恢复过程中的直流电流调节特性。其次,针对两个恢复控制关键环节——定关断角控制和低压限流环节,通过计及后续换相失败的实时风险,分别提出了基于逆变器紧急触发调整,以及基于电流指令自适应调节的故障恢复控制策略。最后,不同故障条件下的仿真测试结果表明,所提方法可以有效减小后续换相失败风险,并提升直流系统的恢复性能。（4）分析了故障暂态下主流仿真模型中关断角测量的现存问题,提出了基于虚拟电流过零信号和改进预滤波环节的关断角校正和控制方法。首先,结合实测型定关断角控制系统的整体结构,详尽分析了关断角测量、控制各关键环节的原理和特点,并归纳了仿真系统中关断角测量的通用方法和流程。其次,基于主流的MATLAB/SIMULINK示例模型关断角测量方案,以及与CIGRE基准测试模型等效的定制关断角测量方案,揭示了关断角测量系统在故障暂态下的失效问题和根本原因。与此同时,还提出了基于虚拟电流过零信号的关断角校正方法,以及基于改进预滤波环节的关断角控制方法。最后,相关仿真结果表明,所提关断角校正和控制方法不仅可以有效解决故障暂态下关断角测量失效问题,还能相应地纠正定关断角控制的不合理调节行为。本文从交流故障起始阶段的首次换相失败和交流故障持续阶段的后续换相失败出发,在换相失败机理、故障特性分析、控制方案改进和详细仿真建模等方面进行了有益的探索,研究成果对于充分利用直流自身控保系统以提升换相失败抑制能力和交直流混联电网安全运行水平,具有良好的理论意义和工程参考价值。