换相失败是指换流阀没有足够的去游离裕度,无法在换相电压反向之前完成完整换相的现象。由交流系统故障引起的换相失败是特高压直流输电系统的重点关注问题。现有换相失败预测控制策略是根据工程经验调整其比例积分控制器(PI)来得到逆变侧触发角提前量,处理简单,而且不能区分故障的严重性,无法自适应调整逆变侧触发角提前量,从而可能造成调整量过大或无法抑制换相失败。深入研究特高压直流输电系统的换相失败预测控制策略十分必要。首先,本文采用换相电压时间面积分析方法,考虑直流电流变化、交流电压谐波以及阀导通时刻偏移对换相失败的影响,并针对12脉动逆变器在不同运行工况下的临界换相面积公式进行了理论推导。然后,提出了一种换相失败预测(CFPM)控制策略。在逆变器侧交流系统故障后,CFPM会根据交流电压与直流电流的实时变化情况,计算逆变侧触发角的提前量,减小晶闸管阀的触发角,以确保足够的换相裕度。本文将CFPM分别应用到CIGRE HVDC控制策略与预测型定关断角技术路线上,通过PSCAD/EMTDC仿真对比了其有效性。仿真结果表明:相较于现有控制,CFPM能提高系统的换相失败抵御能力。最后,研究了现有换相失败策略不适应分层接入方式下的特高压直流输电系统的原因,并针对逆变侧换流器电流耦合与其连接的不同电压等级交流系统电压耦合问题,提出了适用于分层接入方式的换相失败协调控制策略。经PSCAD/EMTDC仿真验证,该控制策略可以缓解分层接入方式下不同电压等级层面换流器的同时换相失败问题。