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第1章　绪论1

1.1 电力系统发展所面临的重大课题1

1.2　超导电力技术3

1.2.1 超导电机4

1.2.2　超导电缆5

1.2.3　超导变压器5

1.2.4　超导限流器6

1.2.5　超导磁储能6

1.3　超导磁储能系统（SMES）的构成及其工作原理6

1.4　SMES在电力系统中的应用途径9

1.5　本书内容概述11

参考文献12

第2章　超导应用基础知识17

2.1　超导基础知识17

2.1.1 超导体的分类及发展历程17

2.1.2　超导体的基本特性18

2.1.3　超导体的三个临界值19

2.1.4　第Ⅰ类超导体和第Ⅱ类超导体22

2.1.5　超导体内的磁通运动23

2.2　超导导线24

2.2.1　超导导线的基本形式24

2.2.2　低温超导导线24

2.2.3 高温超导导线26

2.3　超导磁体28

2.3.1　超导磁体的种类28

2.3.2　超导磁体的电磁特性29

2.3.3　超导磁体的应用领域31

2.3.4　超导磁体的电磁设计要点33

2.3.5　超导磁体的失超保护35

2.4　低温技术37

2.4.1　低温液体38

2.4.2　制冷机40

2.4.3　低温容器41

2.4.4　真空技术44

2.4.5　超导磁体的低温系统46

2.5　超导装置的电流引线49

2.5.1 电流引线的分类49

2.5.2 电流引线的设计要点51

2.5.3 电流引线的发展现状及水平53

参考文献54

第3章　SMES用变流器及其控制策略研究56

3.1　SMES用变流器的基本原理和拓扑结构56

3.1.1 SMES用电流源型变流器的基本原理57

3.1.2　SMES用电流源型变流器大容量拓扑结构60

3.1.3 SMES用电压源型变流器的基本原理62

3.1.4　SMES用电压源型变流器大容量拓扑结构65

3.1.5　SMES用电流型变流器与电压型变流器的比较68

3.2　离散化状态反馈解耦控制策略69

3.2.1 离散化状态反馈解耦控制69

3.2.2 离散化状态反馈解耦控制的数字实现71

3.3　SMES用电流源型变流器的控制73

3.3.1 电流源型变流器的数学模型73

3.3.2 电流源型变流器的控制器设计76

3.3.3　仿真分析81

3.4　SMES用电压源型变流器的控制84

3.4.1 电压源型变流器的数学模型84

3.4.2　斩波器的数学模型86

3.4.3 电压源型变流器控制器设计88

3.4.4　仿真分析91

参考文献94

第4章　SMES提高电力系统稳定性98

4.1　SMES抑制电力系统功率振荡的机理98

4.1.1 暂态稳定分析计算的基本假设99

4.1.2　含SMES的电力系统功角特性101

4.1.3 基于能量函数的SMES控制理论分析104

4.2　基于频率和电压调节的SMES控制器设计107

4.3　SMES相量模型111

4.3.1 相量仿真法及其应用于SMES的可行性111

4.3.2 电压源型SMES相量模型的建立112

4.3.3　SMES相量模型的仿真分析116

4.4　SMES抑制电力系统功率振荡的仿真分析118

4.5　SMES改善电压稳定性的基本分析123

4.5.1 单负荷无穷大母线系统124

4.5.2　负荷静态特性127

4.5.3　SMES改善系统电压稳定性的分析129

4.6　SMES提高系统稳定性的研究实例130

4.6.1 30MJ SMES抑制美国西部电网低频振荡130

4.6.2　30kJ SMES提高水轮发电机稳定性133

4.6.3 1kWh/1MW SMES用于系统稳定控制137

4.6.4　D-SMES改善系统电压稳定性139

参考文献143

第5章　SMES改善电力系统的电能质量145

5.1 电能质量问题145

5.2　动态电压恢复器（DVR）及其控制148

5.2.1 工作原理148

5.2.2　DVR的基本组成部分149

5.2.3 DVR的控制策略155

5.3　电压暂降的检测方法159

5.3.1　检测方法的基本分类160

5.3.2　基于瞬时无功功率理论的dq0变换方法164

5.3.3　虚拟三相d-q变换方法166

5.4　基于SMES的动态电压恢复器的仿真分析168

5.4.1 系统仿真参数169

5.4.2　检测方法的仿真分析170

5.4.3 系统仿真结果173

5.5　SMES用作不间断电源175

5.5.1 后备式SMES-UPS175

5.5.2　在线互动式SMES-UPS176

5.5.3 双变换在线式SMES-UPS177

5.6　研究实例178

5.6.1 ASC SMES改善电能质量问题的安装运行实例178

5.6.2 日本中部电力公司5MJ/5MVA SMES181

5.6.3 韩国3MJ/750kVA SMES184

参考文献187

第6章　SMES在电力系统的新应用模式研究190

6.1　基于SMES的电流控制器190

6.1.1 电流控制器的作用原理190

6.1.2 限制短路电流的特性分析193

6.1.3　动态潮流控制特性分析195

6.1.4 电流控制器技术可行性分析202

6.2　基于SMES的双馈风力发电励磁系统208

6.2.1 系统工作原理208

6.2.2 系统控制方案211

6.2.3　仿真分析218

6.3　在独立电力系统中SMES的一机多职应用223

6.3.1 独立电力系统特性223

6.3.2　SMES一机多职概念224

6.3.3 SMES磁体两种不同功能的实现方式225

6.3.4 多模块超导储能脉冲电流输出实验227

6.4　其他应用方式230

6.4.1 电力系统状态诊断230

6.4.2　超导限流—储能系统232

6.4.3　在微网中的综合应用236

6.5　本章小结237

参考文献237

第7章　35kJ/7.5kW直接冷却高温超导SMES241

7.1　SMES的系统组成241

7.1.1 高温超导磁体242

7.1.2　低温系统和电流引线242

7.1.3　功率调节系统243

7.1.4　监控系统246

7.2　SMES磁体的设计制作248

7.2.1 高温超导线材248

7.2.2　高温超导磁体设计248

7.2.3 高温超导磁体的杂散磁场分析250

7.2.4 高温超导磁体热稳定性分析254

7.2.5 高温超导磁体的制作258

7.3　SMES的基本特性实验259

7.3.1 实验用数据采集系统259

7.3.2 系统冷却261

7.3.3　超导磁体通流特性262

7.3.4　SMES功率调节特性262

7.4　SMES抑制电力系统功率振荡的动模实验265

7.5　超导磁体动态温度特性267

7.5.1 直流充磁试验中磁体的温度特性267

7.5.2　开环功率调节试验中磁体的温度特性268

7.5.3　动模试验中磁体的温度特性273

参考文献274

第8章　SMES的发展战略研究276

8.1　SMES的发展历程及发展趋势276

8.2　SMES的关键技术279

8.2.1 广泛应用超导电力的基本条件279

8.2.2　超导电力的关键技术课题280

8.2.3　SMES的技术课题282

8.3　SMES的实验项目与方法284

8.3.1　SMES试验前的准备工作284

8.3.2　SMES磁体试验285

8.3.3　SMES变流器试验289

8.3.4　SMES功率调节试验291

8.3.5 SMES的系统响应特性试验293

参考文献294