换相失败是直流输电受端换流站的常见故障,多由受端交流系统短路故障引起,造成直流输送功率瞬时大幅跌落。随着特高压直流输电线路的不断建成投产,我国广泛形成了多条直流单端接入或分层接入同一区域交流电网的多馈入直流系统,交直流耦合特性更为复杂,交流故障暂态过程易引起多条直流发生同时换相失败,对电网形成严重的功率冲击。因此,考虑多馈入直流系统内耦合特性的同时换相失败预防控制是大电网稳定运行分析与控制研究中的重要课题。本文在考虑交直流谐波耦合特性的基础上,对多馈入直流系统同时换相失败的发生过程、定量计算和预防控制展开了研究,主要研究工作及进展如下:首先,对多馈入直流系统中谐波的产生和耦合机理展开研究。分析了受端交流系统发生短路故障导致换相失败这一暂态过程中,谐波分量的产生机理和特性。分别对多直流单端馈入和直流分层接入系统的谐波传变路径进行分析,总结出多馈入直流系统内的谐波耦合特性。然后,在谐波耦合分析的基础上,对受端交流故障导致多馈入直流系统发生同时换相失败的动态过程进行分析与阐述。将故障后多馈入直流系统内换相的动态演变过程划分为不同阶段,对各阶段的电气和控制特征进行总结。然后,建立一种谐波在多馈入直流系统内传递的等效电路模型,用于计算谐波电压在多馈入直流系统内的传递系数,定量表示谐波电压在传递过程中的幅值变化与相角转移,并基于该等效电路模型定量计算了谐波电压传递对换流站关断角的影响。最后,在谐波耦合与同时换相失败过程分析的基础上,针对直流分层接入系统提出了一种基于谐波检测与电流检测的同时换相失败预防控制策略,针对多直流单馈入系统提出一种基于联络通道电流检测的同时换相失败预防控制策略。以分层接入系统和多直流单端馈入系统为例,仿真验证了所提控制策略的有效性。