柔性输电技术的使用不仅能保证电网输电的经济性,而且极大地降低了大面积停电的概率,而柔性输电技术的核心环节就是利用储能设备调控电网中的有功、无功功率。超导储能设备（SMES,Superconducting Magnet Energy Storage）与适当的控制策略相结合可用于平抑分布式微源变化带来的系统波动,所以提高超导储能系统的控制性能与电磁性能具有重要意义。本文首先对超导储能系统的三种非受控工作状态的电路原理进行分析,然后针对非受控工作状态下的SMES充放电速率大等问题,设计了基于模型预测控制（MPC,Model Predictive Control）的SMES控制方法,进行了PI控制器参数设计。在MATLAB/SIMULINK中搭建基于PI与MPC控制的SMES仿真模型,并针对充电速率、稳定储能状态下电流跟踪偏差、放电过程负载电压稳定及放电速率等性能进行对比分析。为了实现超导储能磁体高储能密度目标,选用不同结构来提高超导储能磁体的载流能力。首先通过电磁仿真分析与作图法计算矩形、一阶梯形与二阶梯形截面的单螺线管磁体临界电流。然后对三种截面形状的超导储能磁体进行了基于MATLAB与COMSOL的联合仿真优化。针对联合仿真计算速度慢的问题,本章又提出了基于BP神经网络的SMES快速优化方法,通过构建与训练BP神经网络,实现了对超导储能磁体非线性模型的有效拟合,并利用粒子群算法完成了该网络的快速寻优。综合考虑经济性及制造难度等因素,最后选择一阶梯形单螺线管结构作为本设计的储能磁体绕制结构。除了优化磁体结构参数,还可以选择并包绝缘的双根超导带材来进行线圈绕制以提高超导储能磁体的载流能力并减少其交流损耗。通过搭建测试平台对临界电流与交流损耗进行测试,发现并包绝缘双根带材的临界电流几乎是单根带材的两倍。单根带材的交流损耗值符合Norris带状模型,而双根并包绝缘的带材的传输交流损耗会随着电流的增大逐渐小于Norris带状模型理论值。并包绝缘的双根超导带材绕制的超导双饼一阶梯形线圈临界电流测试结果为205A。超导储能磁体及其线圈单元除了在交变分量作用下产生交流损耗,在充放电工况下也会产生很大的交流损耗。通过H方程法求解交流损耗,发现超导带材与一阶梯形线圈计算结果与实验结果基本一致。又通过H方程法建立不同充放电工况下的交流损耗数据集,完成广义回归神经网络的训练,实现了交流损耗的快速预测。随着数据的增多,预测精度也会提高。