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MCR(Magnetic-valve Controllable Reactor,磁阀式可控电抗器)是一种容量可连续平滑调节的可控静止无功补偿设备,对于电网无功平衡及其电压稳定具有重要作用。研究表明,不同磁阀结构或绕组结构的MCR,在运行性能(谐波特性或响应特性)的表现上差异较大。为此,本文针对MCR具有输出电流谐波含量大及过渡过程响应时间长的性能缺陷,分别从磁阀结构和绕组结构两方面入手,通过数学建模、MATLAB仿真及样机实验,给出综合性能较优的MCR磁阀结构和绕组结构,为MCR运行性能的进一步提升提供理论指导。研究的内容主要包括:基于MATLAB/Simulink的MCR仿真建模方法、MCR磁阀等效磁化特性的一般数学建模方法、nSMCR(n-stage Saturable Magnetic-valve Controllable Reactor,n级饱和磁阀式可控电抗器)的电流特性建模分析和性能对比、直线型磁阀的CSMCR(Continuously Saturable Magnetic-valve Controllable Reactor,连续饱和型磁阀式可控电抗器)电流计算及谐波分析、绕组结构对MCR快速性的影响机理分析、MCR快速性改善、MCR样机制作及其谐波特性和多种绕组结构的MCR快速性实验研究。具体内容如下:(1)根据MCR的等效电路模型及其数学模型,给出基于MATLAB/Simulink的两种MCR一般仿真建模方法,特别是它们的仿真模型参数设置方法,为后文的仿真分析奠定基础。(2)给出适用于任一形状磁阀结构铁心的等效磁化特性的一般数学建模过程,运用这一方法建立nSMCR的等效磁化特性及电流特性数学模型,进一步推导并明确了MCR主要参数之间的关系,且从数学角度说明不同磁阀结构必定会影响MCR额定容量大小。(3)提出CSMCR概念,并以直线型磁阀结构的CSMCR作为研究对象,结合理论计算及MATLAB仿真结果详细分析该磁阀结构对MCR电流特性的具体影响。(4)对采用准优化、面积渐变、半径渐变和优化四种设计方法的nSMCR,从谐波含量、额定容量及结构复杂度等多方面进行综合分析,确立相对最优的nSMCR磁阀级数与尺寸设计方案;同时,通过对比分析直线型磁阀的CSMCR与nSMCR的综合性能得出,直线型磁阀的CSMCR较一般的nSMCR不具有更大研究及应用优势。(5)按照MCR绕组结构对其进行分类,针对不同绕组结构的MCR研究影响其快速性的机理,并利用基于MATLAB/Simulink中多绕组变压器模型的MCR仿真模型,满足了对多种绕组结构MCR过渡过程的仿真验证需求。研究结果表明,交叉型绕组结构对他励式MCR快速性的影响程度最弱,以致这种绕组结构的MCR的响应速度明显快于其它两种绕组结构的MCR。(6)特别地,对自励式MCR(本文主要研究对象)快速性提出两种改善措施,并结合理论建模及MATLAB仿真说明了其良好的改善效果;另外,基于两种自励式MCR快速性改善措施的构建思想,提出一种快速响应型自励式MCR概念模型。(7)设计制造一干式单相且绕组接线灵活的MCR样机,并对其谐波特性进行实验及分析;进一步利用该MCR样机主要进行了多种绕组结构对MCR快速性的影响实验,最终验证了MCR快速性的影响机理分析及其MATLAB仿真结果的正确性。