特高压直流输电(Ultra High Voltage Direct Current,UHVDC)能够充分利用输电线路走廊、减少线路损耗和优化电网结构,为实现全国的资源优化配置提供了技术保障。由于特高压直流输电采用电网换相换流器,换相必须依赖于交流系统提供的换相电压,换相失败的问题难以避免,当特高压直流输电系统采用分层接入方式时,高低端换流器在直流侧串联连接,通过的直流电流处处相等,在交流侧通过并联方式接入不同电压等级交流系统,不同电压等级交流母线之间通过联络线和联络变压器相连,两者的交流电压相互影响,高低端换流器同时存在的直流电流耦合和交流电压耦合使分层接入特高压直流输电系统的换相失败问题更加复杂。同步调相机作为一种无功补偿设备,具有次暂态特性、无功补偿几乎不受母线电压影响等优点,在换相失败抑制方面具有独特优势。已有实际工程将同步调相机接入分层接入特高压直流输电系统,有必要考虑高低端换流器耦合作用研究同步调相机对分层接入特高压直流输电系统换相失败的抑制效果以及如何定量评估同步调相机对换相失败的抑制效果。首先,基于实际工程参数在PSCAD/EMTDC中建立了含同步调相机的分层接入特高压直流输电系统电磁暂态模型,研究了同步调相机和分层接入特高压直流输电系统的控制策略、参数设计,仿真测试了系统的动态特性。然后,考虑分层接入特高压直流输电系统逆变侧高低端换流器之间的耦合作用,分析了同步调相机对特高压直流输电系统换相失败的抑制机理,从交流系统强度和两个不同电压等级交流母线间耦合紧密程度两方面,仿真研究了同步调相机对分层接入特高压直流输电系统的换相失败抵御能力的影响,从而揭示了高低端换流器耦合作用对分层接入特高压直流输电系统换相失败的影响机理,研究了同步调相机通过高低端换流器耦合作用对高低端换流器换相失败的抑制作用。最后,研究了同步调相机对分层接入特高压直流输电系统换相失败概率的影响,研究发现换相失败概率仅适用于特定故障下评估同步调相机的作用效果,为了在某一故障范围内更加全面地定量评估同步调相机对换相失败的抑制效果,提出了换相失败概率面积比指标,并基于CIGRE标准模型仿真验证了所提指标的有效性,最终利用所提的指标定量评估了同步调相机对分层接入特高压直流输电系统换相失败的抑制作用。