换相失败是高压直流逆变器的常见故障之一。大量研究和运行经验表明,绝大多数的换相失败是由交流故障引起,且从交流故障到直流发生换相失败一般仅需几毫秒,通常首次换相失败很难避免。首次换相失败后,如果控制系统调节不当将可能引起后续换相失败,严重威胁大电网的安全稳定运行。同步触发控制作为高压直流控制系统的基础,通过改变换流阀的触发相位,实现对直流系统的运行状态的调节。因此深入分析高压直流同步触发控制,对于减小高压直流发生后续换相失败的几率以及实现高压直流首次换相失败后的快速、可靠恢复具有重要的意义。本文首先介绍了高压直流控制系统的分层控制总体策略;基于CIGRE HVDC标准测试模型介绍了高压直流极控系统的基本原理;对CIGRE、ABB、SIEMENS三种常见的高压直流同步触发控制的基本原理进行介绍,详细分析了三种同步触发控制中采用的锁相环以及各自生成触发脉冲的具体过程。接着,本文分析了锁相环对高压直流输电系统后续换相失败的影响,并指出传统锁相环在电网故障下存在动态响应慢、频率波动大、相位和频率检测耦合等问题。为解决上述问题,提出一种新型锁相环。该锁相环将级联延迟信号消除法滤波与数学运算滤波结合作为前置滤波模块,实现快速提取电压基波正序分量的目的;同时,该锁相环还增加一个故障检测环节,用于快速、准确地检测交流故障。在检测出交流故障后,该锁相环在一定时间内固定锁相环的频率不变,实现了相位检测和频率检测解耦,提高了锁相环的动态响应性能。最后,将新型锁相环应用于CIGRE HVDC标准测试模型和三沪直流以及贵广II直流实际工程模型中进行测试,仿真结果表明该锁相环能够为高压直流触发控制系统提供准确的参考相位,有效减少高压直流发生后续换相失败的机率。此外,本文还建立了ABB同步触发控制功能的离散小信号模型,分析了锁相环比例积分(PI)控制参数、换相电压同步修正系数k对同步触发控制的影响。针对现有同步触发控制在交流故障下锁相速度慢,且触发控制不能快速准确地按照锁相环的输出相位进行触发等问题,提出一种新同步触发控制方法。该方法采用级联消去信号锁相环快速跟踪换相电压相位,同时对触发方式进行改进,使得其能够快速地按照锁相环的输出相位准确触发,有利于高压直流控制系统的精准调节。基于CIGRE HVDC标准测试模型对改进同步触发控制进行测试。仿真结果表明,该改进同步触发控制能够有效降低后续换相失败的概率,提升高压直流输电系统的恢复性能。最后进行总结与展望,对高压直流同步触发控制提出进一步的研究工作。