随着我国交直流系统耦合度不断加深、直流电网规模及容量不断增大,简单交流故障极易诱发一个或多个直流发生换相失败,连续的换相失败会导致直流闭锁,造成系统功率大规模转移,很可能引发连锁跳闸,发展成严重的系统性故障。对此,明确交直流混联系统连锁故障中关键环节——换相失败的边界条件,实现连锁故障的预警,并在此基础上通过研究换相失败过程中,交直流混联电网出现的新的故障特征及控制信息间的关联关系,分析传统交流保护在新场景中所受影响,实现保护性能优化,防止误动、拒动;利用新的暂态特征提出适用于交流混联系统的保护新原理,缩短故障切除时间,抑制连续换相失败,对实现交直流混联电网连锁故障的有效阻断,保障大型电网的安全稳定运行具有重要意义。本文首先全面梳理了目前国内外有关换相失败影响因素、检测手段、预防及抵御方法、换流器等值模型等方面已有的研究成果。其次,研究了不同故障情景及系统参数下换相失败的发生机理,明确系统各电气参量与控制参量对换相过程的作用机制,分析各因素间的交互耦合关系,提出了基于深度循环神经网络的换相失败边界检测方法。利用逆变站换流母线三相电压、直流电流及触发角指令实时值等站域信息,实现可综合考虑多因素耦合作用,可准确追溯引发换相失败原因,并含有一定的预测功能的换相失败边界检测新方法,通过对比验证了方法可行性。再次,通过PSACD搭建模型进行仿真,利用改进傅里叶算法等多种故障特征提取方法,分析了换相失败时逆变器馈入网侧的工频故障电流及故障线路测量阻抗暂态特性,分析了其对传统交流保护的影响。最后,推导了六脉动逆变器换相失败期间非周期分量电流的产生机理,并利用换相失败期间故障及非故障相非周期分量电流的特性,提出了一种基于非周期分量的差动保护新原理,并通过PSACD仿真结果验证保护原理的可行性。