高压直流输电(High Voltage Direct Current,HVDC)凭借其输送成本低、输电距离远、输电量大、损耗小,在解决我国能源与负荷分布不均的问题上起到了关键性的作用。在对高压直流输电工程故障研究和复现的过程中,高压直流输电物理模拟装置是科学研究的重要工具,物理模拟装置能够更好地模拟输电系统电子器件的非线性特征以及和电力系统之间的相互影响。本文依托酒湖±800kV高压直流输电工程,旨在研制一种适用于高压直流输电物理仿真的模拟平台,通过以一定的比例还原酒湖±800kV高压直流输电工程,模拟直流输电系统的正常启停和运行,复现高压直流输电系统中的换相失败现象,并提出一种换相失败抑制方法。本文的主要研究工作及其创新点如下:(1)本文首先介绍了HVDC系统的拓扑结构,控保系统及其模拟平台的发展现状,比较了数字模拟仿真和物理模拟仿真系统的差异,分析了高压直流输电物理模拟平台的亟需性。随之提出物理模拟平台主体硬件结构以及辅助硬件设备的总体设计方案。本文先对硬件平台的主体结构如换流站、交流系统、交流滤波器进行了设计与选型;然后对继保装置控制电路进行了硬件设计,初步搭建了平台的主体架构;最后对平台的辅助硬件结构如散热与通风装置、电流电压传感器等进行设计与选型。丰富了平台的硬件结构,完善了平台的功能。(2)本文依据平台的硬件结构,提出了高压直流输电控保系统的详细设计方案。重点分析了整流站最小触发角控制以及定电压控制的UI特性以及原理;逆变站定电压控制以及定关断角控制的UI特性以及原理;利用PSCAD仿真软件对平台的主要控制方法进行了仿真验证;根据换相失败复现试验的要求,在平台换流变压器、换流阀组、交流母线处设计了继电保护装置。该方案还原了HVDC的控保系统,为更好的模拟HVDC运行状况和复现换相失败现象,提供了软件基础。(3)本文依据模拟平台的硬件结构以及控制保护系统,对模拟平台进行了运行试验验证。验证了硬件结构和控保系统的合理性,进行了单相接地故障和三相接地故障的试验,复现了换相失败现象。分析了谐波电压造成换相失败的具体过程,提出了一种关断角增量控制方法抑制由谐波电压引起的换相失败,并利用模拟平台成功复现了换相失败的抑制过程。试验结果表明,本平台成功模拟了高压直流输电系统的运行,并多次复现了高压直流输电系统的换相失败现象。在此基础上,提出并验证了一种高压直流输电换相失败抑制方法。该平台可为高压直流输电系统换相失败机理分析、防治方法的研究提供平台基础,对高压直流输电工程运行故障的复现和预防具有一定的价值。