电抗器是重要的无功补偿装置,在高压或特高压电力系统中得到了广泛的应用。可控电抗器可根据运行工况实时调节自身容量,以稳定系统电压、控制无功功率,提高系统稳定性。伴随着电力系统的发展,一些可控电抗器由于存在不可忽略的谐波干扰、电抗值不稳定以及损耗高等问题,在应用范围上受到限制。将超导体应用在可控电抗器的控制线圈上,利用超导体的零电阻、高通流密度(一般可高出铜导线两个数量级)特性,可以减小可控电抗器的体积,降低线圈上损耗,提高可控电抗器的利用效率。本文全面介绍了超导可控电抗器的研究背景、现状和超导可控电抗器超导线圈电磁、低温设计的理论基础,详细研究了超导可控电抗器的电磁特性及其超导线圈设计所需要解决的关键技术,并基于380 V超导可控电抗器样机的测试和35 kV/3.5 MVar单相超导可控电抗器超导线圈的设计,对这些关键技术进行了实验验证和设计实践。本文工作的特色主要体现在以下几个方面：1)针对电力系统及电力工业的发展对可控电抗器的要求,设计了一种新的超导可控电抗器方案,通过380 V超导可控电抗器样机试验,论证了该超导可控电抗器具有谐波含量低、电抗值稳定以及控制线圈损耗小的特点。2)针对超导可控电抗器的多线圈电磁耦合、交流工作环境特点,提出采用场路耦合有限元法来完成超导线圈的电磁设计,并对其进行了实验验证;通过测量值和计算值的对比,对以1μV/cm作为“四引线法”超导线圈临界电流判据的精确性进行了分析,作为比较,提出了可以更精确地反映超导线圈局部临界电流的全域临界电流计算法。3)针对大容量超导可控电抗器超导线圈因采用多根超导带材并联绕制而可能存在的环流和交流损耗较大的问题,提出了减小超导线圈环流和降低交流损耗的新方法,并将其用于35 kV/3.5 MVar单相超导可控电抗器超导线圈电磁设计中。4)针对大容量超导可控电抗器的低温热负荷大,尤其是超导线圈交流损耗过大的特点,基于35 kV/3.5 MVar单相超导可控电抗器超导线圈的低温设计,提出了对交流损耗较大的超导双饼增加导冷结构,并在其附近进行低温冷却管道方案和液氮流量优化设计的低温冷却设计新方案。