高压直流（HVDC）输电凭借其输送容量大、传输距离远等优势，已经成为解决我国能源资源与负荷中心逆向分布问题的重要手段。然而，由于晶闸管不具备自关断能力，一旦受端换相电压受扰，逆变侧就有可能发生换相失败，造成直流功率迅速下降，严重时甚至导致直流闭锁，电能供应彻底中断。

通常认为高压直流输电的换相失败是由受端交流系统或换流阀故障引起，但工程实践中发现，送端交流故障同样可能引发逆变器的换相失败。目前，针对此类换相失败的研究较少，且大多局限于传统的母线电压幅值特征，对其机理研究不够深入。

鉴于此，北京交通大学电气工程学院、国家电网有限公司的朱海、郝亮亮、和敬涵、郭智琳、陈争光，在2023年第16期《电工技术学报》上撰文，通过分析送端交流故障后的交直流系统响应，剖析了送端交流故障引发逆变器换相失败的机理。

图1 送端不同故障程度下两类控制响应发展框图

首先通过分析故障后的交直流系统响应，指出与一般受端故障不同，送端交流故障引发的换相失败发生在故障切除后的恢复阶段，且受端母线电压幅值大小不是其关键因素。

图2 送端故障切除后功率恢复的三个阶段

在此基础上，研究者对故障切除后的受端母线电压相位特性进行剖析，得出有功功率的恢复会导致受端母线电压相位前移，进而压缩关断裕度并造成触发延迟。进一步地，在不同故障程度下分析了系统换相失败过程对应的触发指令与直流电流的变化。

他们发现，送端交流故障与受端交流故障引发逆变器换相失败有很大差异，送端交流故障引发的换相失败只发生在故障切除后的恢复阶段，且换流母线电压幅值大小并不是影响此类换相失败的关键因素。

图3不同SCR下送端故障与逆变器的换相失败关系

而送端故障切除后，有功功率的恢复会导致受端换流母线电压相位前移。这不仅直接压缩了换相面积，造成关断裕度减小，还给触发控制带来困难，导致实际触发角超过触发指令，增大了换相失败的风险。

研究者指出，不同故障程度下的换相失败原因存在差异。当送端故障程度较严重，受端切换至CC控制时，相位前移往往是导致逆变器换相失败的主要原因；当故障相对轻微，受端不发生控制切换时，除了相位前移，恢复过程中突增的直流电流也会对换相造成不利的影响。

他们表示，后续将依据恢复阶段的相位偏移特性以及不同故障程度下的其他影响因素特征，从两侧系统的触发控制着手，开展送端交流故障引发逆变器的换相失败抑制策略研究。

本工作成果发表在《电工技术学报》，论文标题为“HVDC送端交流系统故障引起换相失败的机理分析”。本课题得到国家自然科学基金委员会-国家电网公司智能电网联合基金的支持。