超導(dǎo)磁體是SMES系統(tǒng)的核心，它在通過直流電流時(shí)沒有焦耳損耗。超導(dǎo)導(dǎo)線可傳輸?shù)钠骄娏髅芏缺纫话愠Ｒ?guī)導(dǎo)體要高1~2個(gè)數(shù)量級(jí)，因此，超導(dǎo)磁體可以達(dá)到很高的儲(chǔ)能密度，約為10J/m。與其他的儲(chǔ)能方式，如蓄電池儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、抽水蓄能及飛輪儲(chǔ)能相比，SMES具有轉(zhuǎn)換效率可達(dá)95%、毫秒級(jí)的影響速度、大功率和大能量系統(tǒng)、壽命長及維護(hù)簡單、污染小等優(yōu)點(diǎn)。
SMES一般有超導(dǎo)磁體、低溫系統(tǒng)、磁體保護(hù)系統(tǒng)、功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)等幾個(gè)主要部分組成。圖1—1是SMES裝置的結(jié)構(gòu)原理圖，該結(jié)構(gòu)是由美國洛斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室首先提出來的，以后SMES裝置的研究設(shè)計(jì)一般都是一次結(jié)構(gòu)作為參考原型。圖中的變壓器只是為了選擇適當(dāng)?shù)碾妷核揭苑奖愕剡B接SMES與電力系統(tǒng)，不屬于SMES的必要部件。
超導(dǎo)磁體
儲(chǔ)能用超導(dǎo)磁體可分為螺管形和環(huán)形兩種。螺管線圈結(jié)構(gòu)簡單，但周圍雜散磁場(chǎng)較大；環(huán)形線圈周圍雜散磁場(chǎng)小，但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。由于超導(dǎo)體的通流能力與所承受的磁場(chǎng)有關(guān)，在超導(dǎo)磁體設(shè)計(jì)中第一個(gè)必須考慮的問題是應(yīng)該滿足超導(dǎo)材料對(duì)磁場(chǎng)的要求，包括磁場(chǎng)在空間的分布和隨時(shí)間的變化。除此意外，在磁體設(shè)計(jì)中還需要從超導(dǎo)線性能、運(yùn)行可靠行、磁體的保護(hù)、足夠的機(jī)械強(qiáng)度、低溫技術(shù)與冷卻方式等幾個(gè)方面考慮。
低溫系統(tǒng)
低溫系統(tǒng)維持超導(dǎo)磁體處于超導(dǎo)態(tài)所必須的低溫環(huán)境。超導(dǎo)磁體的冷卻方式一般為浸泡式，即將超導(dǎo)磁體直接至于低溫液體中。對(duì)于低溫超導(dǎo)磁體，低溫多采用液氦（4.2K）。對(duì)于大型超導(dǎo)磁體，為提高冷卻能力和效率，可采用超流氦冷卻，低溫系統(tǒng)也需要采用閉合循環(huán)，設(shè)置制冷劑回收所蒸發(fā)的低溫液體。基于Bi系的高溫超導(dǎo)磁體冷卻只20~30K一下可以實(shí)現(xiàn)3~5T的磁場(chǎng)強(qiáng)度，基于Y系的高溫超導(dǎo)磁體即使在77K也能實(shí)現(xiàn)一定的磁場(chǎng)強(qiáng)度。隨著技術(shù)的進(jìn)步，采用大功率制冷機(jī)直接冷卻超導(dǎo)磁體可成為一種現(xiàn)實(shí)的方案，但目前的技術(shù)水平，還難以實(shí)現(xiàn)大型超導(dǎo)磁體的冷卻。
功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)
功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制超導(dǎo)磁體和電網(wǎng)之間的能量轉(zhuǎn)換，是儲(chǔ)能元件與系統(tǒng)之間進(jìn)行功率交換的橋梁。目前，功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般采用基于全控型開關(guān)器件的PWM變流器，他能夠在四象限快速、獨(dú)立的控制有功和無功功率，具有諧波含量低、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。
監(jiān)控系統(tǒng)
監(jiān)控系統(tǒng)由信號(hào)采集、控制器兩部分構(gòu)成，其主要任務(wù)是從系統(tǒng)提取信息，根據(jù)系統(tǒng)需要控制SMES的功率輸出。信號(hào)采集部分檢測(cè)電力系及SMES的各種技術(shù)參量，并提供基本電氣數(shù)據(jù)給控制器進(jìn)行電力系統(tǒng)狀態(tài)分析。控制器根據(jù)電力系統(tǒng)的狀態(tài)計(jì)算功率需求，然后通過變流器調(diào)節(jié)磁體兩端的電壓，對(duì)磁體進(jìn)行充、放電?？刂破鞯男阅鼙仨毢拖到y(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程匹配才能有效的達(dá)到控制目的。SMES的控制分為內(nèi)環(huán)控制和外環(huán)控制。外環(huán)控制器做為主控制器用于提供內(nèi)環(huán)控制器所需要的有功和無功功率參考值，是由SMES本身特性和系統(tǒng)要求決定的；內(nèi)環(huán)控制器則是根據(jù)外環(huán)控制器童工的參考值產(chǎn)生變流器開關(guān)的觸發(fā)信號(hào)。
