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磁控式并联电抗器(MCSR)作为超特高压电网十分重要的无功补偿设备,具有平滑调节容量,消除操作过电压和潜供电流的作用,同时,MCSR的稳定运行关乎整个电网的电压和潮流的稳定性,因此有必要展开深入地研究。MCSR本体结构复杂,且工作于交直流混合作用的饱和状态下,其精确的数学模型构建及内部故障分析更为复杂,国内外鲜有文献提及。本文以MCSR为研究核心,围绕其基本工作原理及建模方法、Ansoft有限元建模及稳态分析、控制绕组新结构和内部故障仿真分析以及合闸暂态问题4个核心问题展开研究。本文首先详细介绍了超特高压MCSR的基本工作原理,基于网侧绕组同极性串联、控制绕组采用“两串三并”接线、补偿绕组三角形接线的结构,利用磁路分解法构建MCSR数学模型。但此方法因忽略铁芯旁轭并采用理想变压器等效替代,导致精度较低且无法准确模拟MCSR内部故障,故提出有限元分析方法及Ansoft Maxwell软件搭建MCSR本体结构模型的新想法。基于一台500VMCSR低压物理模型,利用Ansoft Maxwell软件搭建MCSR二维有限元模型,采用外电路编辑器作为有限元模型的激励源,仿真验证了MCSR在交直流单独作用以及三种工作容量下的工作特性。分析发现MCSR达到额定容量运行时,铁芯工作点达到半周期位于饱和区内,且左右芯柱交替饱和,调节效果良好。基于目前采用的控制绕组结构存在MCSR发生故障或者合闸时无法准确反映直流母线过电压问题,本文提出整流装置外加并联电阻、二极管和开关的控制绕组新结构,并以此结构为基准,提出了绕组拆分法,针对MCSR内部发生网侧匝间、匝地,控制侧匝间、匝地故障分别修正了有限元和外电路模型；仿真发现四种内部故障下,总控电流(控制绕组三相电流之和)和直流母线对地电压由于叠加了交流分量而明显增大,有利于保护配置,同时铁芯左右芯柱磁通不再对称,总体不影响MCSR工作性能,但对于MCSR的安全稳定性造成严重影响。因此,Ansoft有限元分析可以深入研究MCSR的内部故障,解决其它建模方法无法精确建模的问题。最后本文深入分析并比较了 MCSR直接合闸和带预励合闸的涌流和直流母线交流过电压问题。基于理论推导,利用Ansoft修正合闸问题的外电路模型,仿真指出了 MCSR带预励磁合闸有助于减小合闸涌流和直流母线过电压,并通过动模实验予以验证,结果也说明了采用Ansoft Maxwell有限元分析的精确性及适用性。