基于电网换相换流器的高压直流输电技术（line-commutated converter based high-voltage directcurrent,LCC-HVDC）输送距离远、损耗低,因而广泛应用于输电工程。然而,换流阀的主要器件为晶闸管,其半控特性使得换流阀只能在系统为其提供足够反压时可靠关断。因此,系统故障易引发LCC-HVDC换相失败,造成功率缺失,威胁电网稳定运行。补偿故障时交流母线的换相电压对于抑制换相失败直接有效,因此,有必要深入研究其作用机理,即反向电压对直流换流阀关断特性的定量影响规律,为实际系统抵御换相失败方案的设计提供更可靠的理论依据。首先,从一维集总电荷晶闸管模型出发,考虑晶闸管内部的器件物理,基于电流分段特性和电荷连续性原理建立了晶闸管的详细关断模型,并推导了该详细模型关断过程中载流子复合的解析式。基于晶闸管的基本器件方程与实际工程中的高压大容量晶闸管器件参数,设计优化了晶闸管详细关断模型的参数,并进行了有效性验证,结果表明所设计的详细关断模型能够较准确地描述实际晶闸管的关断特性。其次,提出了一种基于晶闸管内部物理过程和并联阻尼支路等效的换流阀改进等效方法。该方法考虑了管内的器件物理及管间的反向恢复电荷分散性,保证了换流阀关断特性的准确与仿真的高效。然后,利用所提晶闸管详细关断模型和换流阀改进等效方法,定量分析了不同反向电压跌落程度对直流换流阀关断特性的非线性影响规律,计算了直流换流阀关断过程中的各相关关断参数。以系统可靠关断的临界关断时间参数和临界反向恢复电荷值为依据,提出了换流阀可靠关断时对关断时间和反向恢复电荷的定量要求。最后,验证了抵御换相失败的方案中辅助换相电压的作用机理,定量分析了辅助换相电压作用幅值与作用时间变化时直流换流阀的关断特性。从辅助换相电压作用幅值与作用时间两个维度出发,基于交流母线电压补偿幅值的灵活调整和换流阀关断电流的变化率判断,提出了系统故障时一种辅助换相电压的最佳作用方式,能使换流阀的换相关断时间最短,最有利于阻断能力的恢复,为实际工程中解决换相失败问题的方案设计提供了理论指导。