超导储能系统(superconducting magnetic energy storage sytem，SMES)利用超导体高密度无阻通流能力的特点在超导磁体中存储能量，并在需要的时候加以利用，向电网馈能。由于超导储能系统能量存储的形式为超导磁体中的电磁能，为直流电流形式，而电网为三相交流形式，为了实现与电网的功率交换，必须通过一个功率转换装置来完成，而超导储能功率调节系统(power conditioning sytem，PCS)正是实现这种功率转换环节的装置。超导储能PCS主要分为电压型(voltagesource PCS，VPCS)和电流型(current source PCS，CPCS)两种类型。虽然CPCS更为直接，但是VPCS由于实现了超导磁体与电力系统的解耦，更有利于超导磁体的保护，且其无功补偿能力不受超导磁体电流的制约，具有更强的无功补偿能力，因此在实际运用中得到了普遍运用。超导储能VPCS与电力系统的连接主要有并联连接和串联连接两种方式。并联连接主要用于有源滤波、电力系统稳定性控制，无功补偿等方面；串联连接主要用于关键性负载的保护。　　 根据超导储能VPCS的特点，本文对其运用中的控制问题进行研究，主要取得了以下几个方面的研究成果。　　 首先，由于电网为三相交流的形式，为了与电网进行功率交换，必须与电网的相位进行同步。锁相环是实现与电网相位同步的必要手段。同时对于基于超导储能的动态电压恢复器(dynamic voltage restorer，DVR)而言，电压暂降的检测至关重要。针对目前锁相技术和电压暂降检测技术的缺点，本文提出了两种综合锁相和电压暂降检测技术的方法：基于Sage-Husa自适应卡尔曼滤波器的算法和基于扩展变步长最小均方根的算法。这两种算法能够实现几乎无迟延的相位锁定，并具备很快的正序电压幅值检测能力，特别适合运用于基于超导储能的DVR。　　 基于超导储能DVR的核心问题是控制策略的问题，控制策略的优劣决定了电压补偿的效果。针对目前DVR控制上的缺点，本文提出了两种控制策略：基于最优控制和最优滤波的控制策略以及复合数字多变量状态空间反馈的控制策略，在实现快速响应的同时有效地补偿了系统的三相不平衡。同时本文还研究了超导储能串联型VPCS中电压源变流器(voltage source converter，VSC)和斩波器协调控制的问题，提出了一种开关损耗最小的解决方案，有效地降低了系统的损耗，提高了储能的效率。　　 目前超导储能并联型VPCS功率控制最难解决的问题之一是VSC和斩波器协调控制的问题。为此本文提出了两种解决方案：统一直接功率的控制方法和统一非线性控制策略。在统一直接功率控制方法中，提出了一种用于功率控制的新开关矢量表，并以有功功率为纽带进行协调控制；而在统一非线性控制策略中，以统一的数学模型为基础，用李亚普诺夫直接法进行建模和控制。这两种方案都有效地解决了VSC和斩波器之间协调控制的问题。　　 多电平技术是实现电压型超导储能系统大功率运用的有效手段。目前超导储能二极管钳位多电平VPCS由于直流母线电压平衡的问题很难解决，难以扩展到3电平以上，限制了输出电压等级和功率等级的进一步提高。为此本文提出了一种适合与二极管箝位多电平VSC相连的多电平电流调节器，该电流调节器实现了电压侧各直流母线电压的自动平衡，并能实现高频变压器原边器件的零电压开关和副边器件的零电流开关，解决了超导储能二极管箝位多电平VPCS难以扩展到三电平以上的问题。　　 超导储能多电平VPCS另一种有效的形式是采用级联型的拓扑结构。目前超导储能级联型VPCS采用电流调节器在电流侧相互串联，共用一条电流回路的形式，本文称之为共直流电流母线级联型超导储能系统。由于每个电流调节器都必须承受所有的电流，受开关器件容量的限制，比较适合于中等电流的场合。为了增大电流的处理能力，本文构造了一种共电压直流母线级联型超导储能系统，由于采用斩波器多重化的形式，增大了系统的电流处理能力。在此基础上，本文根据其直流母线电压可控的特点，提出了一种基于直流母线电压控制的最小能量控制的方法，克服了以往基于相位超前的最小能量控制方法的算法复杂，计算量大等不足，并有效地减小了超导磁体储能量的要求，降低了系统成本。